JPWO2017150512A1 - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

画像読取装置（１）は、複数の正立等倍像を形成する結像光学系の焦点位置に配置された複数のマイクロ集光レンズ（３４）を含むマイクロレンズアレイ３３と、マイクロ集光レンズ３４に対応する位置に設けられた受光画素（３２ｘ）を含む撮像部３１とを備える。マイクロ集光レンズ（３４）は、結像光学系から入射した光線のうち予め定められた制限角度範囲内の入射角で入射した光線を、当該制限角度範囲外の入射角で入射した光線とは異なる位置に集光させる屈折力を有する。受光画素（３２ｘ）の有効受光領域は、マイクロ集光レンズ（３２）に入射した光線のうち前記制限角度範囲内の入射角で入射した光線のみを受光する。

Description

本発明は、原稿などの物体の表面に形成されている画像を読み取る画像読取装置に関する。

ライン状に配列された複数の受光画素を有する一次元撮像素子を用いて、物体の表面を走査して画像を読み取る画像読取装置としては、密着型イメージセンサ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ，ＣＩＳ）と呼ばれる撮像センサが知られている。密着型イメージセンサは、たとえば、複写機、イメージスキャナまたはファクシミリ機器などの画像読取機能に広く使用されている。この種の密着型イメージセンサは、正立等倍像を形成するロッドレンズアレイと呼ばれる光学素子を使用しているので、被写界深度が小さいという課題がある。そこで、被写界深度を向上させる技術が、たとえば、特許文献１（特開平６−３４２１３１号公報）に開示されている。

特許文献１に開示されている密着型イメージセンサは、正立等倍像を形成する光学素子として複数のレンズ素子を備えている。被写界深度を向上させるために、各レンズ素子の出射面またはその近傍には、当該複数のレンズ素子により形成される光学像の重なりを制限する重なり制限部材が設けられている。

特開平６−３４２１３１号公報（たとえば、図２及び図５、段落００１５〜００１８）

特許文献１の先行技術では、各レンズ素子の出射面またはその近傍に重なり制限部材が設けられているので、各レンズ素子の視野が制限されるだけでなく、各レンズ素子の出射光の遮蔽量が大きい。これにより、一次元撮像素子の受光量が低下するという課題がある。すなわち、レンズ素子の出射面及びその近傍では、当該レンズ素子の視野内の様々な物体高の点から到来した複数の光線が重なり合っている。このため、重なり制限部材は、レンズ素子の視野の周辺における大きな物体高の点から到来した不要な光線を遮光すると、必然的に、当該視野の中心付近における小さい物体高の点から到来した光線をも遮光してしまう。これにより、一次元撮像素子の受光量が著しく低下するおそれがある。

上記に鑑みて本発明の目的は、撮像素子の受光量低下を抑制しつつ被写界深度を拡大することができる画像読取装置を提供する点にある。

本発明の一態様による画像読取装置は、予め定められた主走査方向に沿って配列され、且つ各々が読取対象物で散乱された光に基づいて正立等倍像を形成するＮ個の結像光学要素（Ｎは２以上の整数）を含む結像光学系と、前記Ｎ個の結像光学要素の焦点位置に前記主走査方向に沿って配置されたＰ個（ＰはＮよりも大きい整数）のマイクロ集光レンズを含むマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイにより光線が集光される位置に配置され、前記Ｐ個のマイクロ集光レンズにそれぞれ対応して設けられたＰ個の受光画素またはＰ組の受光画素群を含む撮像部とを備え、前記各マイクロ集光レンズは、前記結像光学系から入射した光線のうち予め定められた制限角度範囲内の入射角で入射した光線を、前記制限角度範囲外の入射角で入射した光線とは異なる位置に集光させる屈折力を有し、前記Ｐ個の受光画素または前記Ｐ組の受光画素群は、前記Ｎ個の結像光学要素を通過した主光線のうち前記各マイクロ集光レンズに前記制限角度範囲内の入射角で入射した光線のみを受光する有効受光領域を有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子の受光量低下を抑制しつつ被写界深度を拡大することができる。

本発明に係る実施の形態１の画像読取装置の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態１におけるロッドレンズの結像性能を説明するための概略図である。 複数のロッドレンズの視野と結像範囲とを概略的に示す図である。 デフォーカス時におけるロッドレンズの結像性能を説明するための概略図である。 デフォーカス時におけるロッドレンズの結像性能を説明するための概略図である。 実施の形態１におけるマイクロレンズアレイ及び遮光パターンの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態１における撮像部の主要構成の一例を示す概略図である。 図８Ａは、実施の形態１のロッドレンズアレイを概略的に示す図であり、図８Ｂは、ロッドレンズアレイに向けて伝播する光線群を示す図であり、図８Ｃは、光線群が到達する結像面付近の構成を概略的に示す図である。 実施の形態１におけるマイクロレンズに入射する光束の光路を概略的に示す図である。 マイクロレンズに入射する平行光線の入射角とこの平行光線の集光位置との間の関係を示すグラフである。 複数のロッドレンズの視野と結像範囲とを概略的に示す図である。 図１２Ａ及び図１２Ｂは、マイクロレンズアレイ及び遮光パターンが存在しない場合のロッドレンズアレイを通過する光束の光路を概略的に示す図である。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、マイクロレンズアレイ及び遮光パターンが存在する場合のロッドレンズアレイを通過する光束の光路を概略的に示す図である。 シミュレーション計算により得られた、結像面での光量分布の一例を表すグラフである。 シミュレーション計算により得られた、結像面での光量分布の他の例を表すグラフである。 実施の形態１におけるマイクロレンズに入射する光束の光路を概略的に示す図である。 本発明に係る実施の形態２におけるマイクロレンズアレイの概略構成例を示す斜視図である。 図１８Ａは、本発明に係る実施の形態３の結像光学系を構成する１つの結像光学要素の例を示す図であり、図１８Ｂは、実施の形態３の結像光学系の一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態４の撮像部の概略構成を示す断面図である。 実施の形態４における撮像部の主要構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る実施の形態５における遮光パターンの構造の一例を概略的に示す断面図である。 本発明に係る実施の形態６の画像読取装置の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態６のロッドレンズアレイ、マイクロレンズアレイ、撮像部及びセンサ基板の間の位置関係を概略的に示す図である。 実施の形態６におけるマイクロレンズ及び受光画素を示す図である。 実施の形態６に係るロッドレンズの焦点面における集光位置を示す図である。 マイクロレンズへの光線の入射角と集光位置との関係を示すグラフである。 実施の形態６におけるマイクロレンズ及び受光画素の配列を示す図である。 図２８Ａ〜図２８Ｄは、マイクロレンズへの入射光の例を示す図である。 マイクロレンズへの光線の入射角と集光位置との関係の例を示すグラフである。 実施の形態６に係る有効受光領域を説明するための概略図である。 実施の形態６における画像信号処理部の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態６に係る画像処理の手順の一例を示すフローチャートである。 被読取画像の一例を示す図である。 図３４Ａ〜図３４Ｉは、画像処理のシミュレーション結果を説明するための図である。 図３５Ａ〜図３５Ｄは、画像マッチング処理（ステップＳＴ３）の例を説明するための図である。 本発明に係る実施の形態７の画像読取装置を構成する画像信号処理部の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態７に係る画像処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１である画像読取装置１の構成の主要部を概略的に示す斜視図である。図１に示されるように、この画像読取装置１は、画像読取部である密着型イメージセンサ部１０（以下「ＣＩＳ部１０」という。）と、ＣＩＳ部１０の出力信号に画像処理を施して読取画像信号を生成する画像信号処理部４０とを備えて構成されている。読取対象物２は、たとえば、紙媒体などのシート状の物体である。

ＣＩＳ部１０は、主走査方向Ｘ（図１の横方向）に沿ったライン状の照明光ＬＴを読取対象物２の被読取面に照射する光源１１と、読取対象物２の当該被読取面で反射し散乱された散乱光に基づいて複数の正立等倍像を形成する結像光学系であるロッドレンズアレイ２０と、このロッドレンズアレイ２０の焦点位置に配置されたマイクロレンズアレイ３３と、このマイクロレンズアレイ３３によって集光された光を受光する多数の受光画素を含む撮像部３１と、撮像部３１とマイクロレンズアレイ３３との間に形成されている遮光パターン（図示せず）と、センサ基板３０とを備えている。ロッドレンズアレイ２０、センサ基板３０、撮像部３１、マイクロレンズアレイ３３及び遮光パターンは、単一の筐体１２内に取り付けられている。

また、画像読取装置１は、読取対象物２に対して、主走査方向Ｘと直交する副走査方向Ｙに沿ってＣＩＳ部１０を相対的に移動させる走査駆動機構（図示せず）を備えている。読取対象物２の被読取面は、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙに沿って２次元状に分布している。このため、読取対象物２に対してＣＩＳ部１０が副走査方向Ｙに沿って相対的に移動することで、当該被読取面全体の走査が可能となる。なお、走査駆動機構は、読取対象物２に対してＣＩＳ部１０を副走査方向Ｙに沿って移動させる機構、もしくは、ＣＩＳ部１０に対して読取対象物２を副走査方向Ｙに沿って移動させる機構のいずれであってもよい。

光源１１としては、たとえば、発光ダイオード光源、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）光源または蛍光管などの高輝度光源を使用することができる。図１の例では、光源１１と筐体１２とは互いに分離して配置されているが、これに限定されるものではない。筐体１２内に光源１１が取り付けられてもよい。

図１に示されるように、光源１１は、読取対象物２に対してロッドレンズアレイ２０と同じ側に配置されている。これに対し、読取対象物２の被読取面を透過し散乱された光がロッドレンズアレイ２０に入射するように、読取対象物２の反対側に他の光源が配置されてもよい。これにより、ＡＴＭ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｔｅｌｌｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）に用いられる紙幣読取装置のように、透過散乱光に基づいた読取画像を生成する画像読取装置を実現することが可能となる。

ロッドレンズアレイ２０は、主走査方向Ｘに沿って配列された複数個のロッドレンズ２１_１，２１_２，…，２１_Ｎを結像光学要素として含む結像光学系である。図１に示されるように、各ロッドレンズは、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの双方に垂直なＺ軸方向に沿って延在する円柱形状を有し、プラスチックなどの透光性光学材料で構成されている。また、各ロッドレンズは、当該各ロッドレンズの長手方向における両端面の一方を入射面とし、当該両端面の他方を出射面として有しており、読取対象物２から入射された散乱光を長手方向に伝播させて結像面に正立等倍像を形成する。各ロッドレンズの内部には、その径方向において屈折率が連続的に変化する屈折率分布が形成されている。この屈折率分布を制御することにより、各ロッドレンズの内部に入射した光線は、ほぼ正弦波を描きながら長手方向に沿って伝播することができる。各ロッドレンズの光軸方向における全長を適当な長さに調整することにより、正立等倍像を形成するロッドレンズの作製が可能となる。

図２は、実施の形態１におけるｎ番目のロッドレンズ２１_ｎの結像性能を説明するための概略図である。図２に示されるように、物体面ＯＰ上の点Ａ１，Ａ２，Ａ３からロッドレンズ２１_ｎに入射した入射光束ＩＬ１，ＩＬ２，ＩＬ３は、ロッドレンズ２１_ｎの内部をほぼ正弦波を描きながら伝播した後に、それぞれ出射光束ＯＬ１，ＯＬ２，ＯＬ３となって出射される。そして、出射光束ＯＬ１，ＯＬ２，ＯＬ３は、結像面ＩＰ上の点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３にそれぞれ集光される。正立等倍像を形成するには、物体面ＯＰと結像面ＩＰの位置はそれぞれ一意に決定されている必要がある。今、物体面ＯＰとロッドレンズ２１_ｎの入射面との間の光軸方向の距離をＬ１とし、ロッドレンズ２１_ｎの出射面と結像面ＩＰとの間の光軸方向の距離をＬ２とする。このとき、ロッドレンズ２１_ｎに特有の距離Ｌａについて、次式の関係が成立することが必要である。
Ｌ１＝Ｌａ、且つ、Ｌ２＝Ｌａ

この関係が成立するとき、入射光束ＩＬ１，ＩＬ２，ＩＬ３は、ロッドレンズ２１_ｎ内における中間位置にある中間像面ＩＭＰ上に集光される。図２から明らかなように、物体面ＯＰ上の像は、中間像面ＩＭＰでは、反転縮小された中間像に変換されている。この中間像が更にリレー転写されて、結像面ＩＰ上に反転拡大像を形成する。結像面ＩＰ上の点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、物体面ＯＰ上の点Ａ１，Ａ２，Ａ３にそれぞれ対応し、点Ａ１，Ａ２，Ａ３の間隔と同じ間隔で並んでいる。また、物体面ＯＰ上の像は、ロッドレンズ２１_ｎによって結像面ＩＰ上の正立等倍像に変換される。今、点Ａ２から点Ａ１までの距離をＸ１とし、点Ｂ２から点Ｂ１までの距離をＸ２とすると、次式が成立する。
Ｘ２／Ｘ１＝１

また、点Ａ１から伝播する入射光束ＩＬ１の主光線の入射角度をφ_ｉｎとし、点Ｂ１に向けて伝播する出射光束ＯＬ１の主光線の出射角度をφ_ｏｕｔとする。このとき、次式（１）が成立する。
φ_ｉｎ＝φ_ｏｕｔ （１）

このような入射角度φ_ｉｎと出射角度φ_ｏｕｔとの間の関係は、入射光束ＩＬ２と出射光束ＯＬ２との間、並びに入射光束ＩＬ３と出射光束ＯＬ３との間でも同様に成立する。上述したように単一のロッドレンズ２１_ｎは結像面ＩＰに正立等倍像を形成する。本実施の形態のロッドレンズアレイ２０は、図２のロッドレンズ２１_ｎと同一構成を有するＮ本のロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎが主走査方向Ｘに沿って一列に配列されたものである。

図３は、ロッドレンズアレイ２０を構成するロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ，２１_ｎ＋１，２１_ｎ＋２の視野と結像範囲を概略的に示す図である。図３の例では、後述するマイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５の存在は考慮されていない。図３に示されるように、ロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ，２１_ｎ＋１，２１_ｎ＋２は、それぞれ視野Ｆ_ｎ−１，Ｆ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１，Ｆ_ｎ＋２を有する。ここで、視野とは、物体面ＯＰのうち当該物体面ＯＰ上の像を結像面ＩＰに写すことが可能な範囲をいう。また、ロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ，２１_ｎ＋１，２１_ｎ＋２は、それぞれ、結像面ＩＰ上で像が写る範囲すなわち結像範囲Ａ_ｎ−１，Ａ_ｎ，Ａ_ｎ＋１，Ａ_ｎ＋２を形成する。このとき、図３に示されるように、物体面ＯＰ上の点Ｐ１は、視野Ｆ_ｎ−１，Ｆ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１の全てに含まれているので、ロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ，２１_ｎ＋１は、同一位置Ｑ１に３つの点像を形成する。このようにロッドレンズアレイ２０では、複数のロッドレンズ（特に、隣接するロッドレンズ）が、互いに重畳する視野を有し、且つ互いに重畳する正立等倍像を形成する。よって、結像面ＩＰ上では、ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎにより転写された複数の像は、重なり合って一つの像を形成する。

次に、図４及び図５を参照しつつ、デフォーカス時におけるロッドレンズ２１_ｎの結像性能について説明する。図４は、フォーカス時の物体面ＯＰからＺ軸方向に−ΔＺだけ移動した位置に物体面ＯＰ_１が形成された場合の光路を示す図であり、図５は、フォーカス時の物体面ＯＰからＺ軸方向に＋ΔＺだけ移動した位置に物体面ＯＰ_２が形成された場合の光路を示す図である。図４及び図５の例では、後述するマイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５の存在は考慮されていない。

図４に示されるように、デフォーカス時の物体面ＯＰ_１上の点Ａ１ａ，Ａ２ａ，Ａ３ａからロッドレンズ２１_ｎの内部に入射した入射光束ＩＬ１，ＩＬ２，ＩＬ３は、ロッドレンズ２１_ｎ内の中間像面ＩＭＰ_１で中間像を形成した後に、出射光束ＯＬ１，ＯＬ２，ＯＬ３となって出射される。これら出射光束ＯＬ１，ＯＬ２，ＯＬ３は、結像面ＩＰ_１で集光された後に、フォーカス時の結像面ＩＰ上の点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に伝播する。デフォーカス時の物体面ＯＰ_１がフォーカス時の物体面ＯＰよりもＺ軸方向に−ΔＺだけ離れた位置に形成されているので、中間像面ＩＭＰ_１も、ロッドレンズ２１_ｎの中間位置よりもＺ軸負方向に離れた左側の位置に形成される。また、結像面ＩＰ_１も、フォーカス時の結像面ＩＰよりも左側の位置に形成されている。ΔＺが小さな値であるとき、結像面ＩＰ_１は、フォーカス時の結像面ＩＰよりもＺ軸方向にほぼ−ΔＺだけ離れた位置に形成される。フォーカス時の結像面ＩＰよりもＺ軸方向に＋ΔＺだけ離れた位置の像面ＩＰ_２においては、入射角φ_ｉｎが出射角φ_ｏｕｔと等しいので、物体面ＯＰ_１の像がデフォーカスで転写され、且つ正立等倍で転写される。したがって、以下の２つの事項Γ１，Σ１が導き出される。

・事項Γ１：像面ＩＰ_２は、フォーカス時の結像面ＩＰよりも右側にあるので、結像面ＩＰ上に形成される像の倍率（転写倍率）は縮小倍である。
・事項Σ１：フォーカス時の結像面ＩＰは、デフォーカス時の結像面ＩＰ_１よりも右側にあるので、結像面ＩＰ上に形成される像は、ピントがずれたボケた像となる。

事項Γ１については、点Ａ２ａから点Ａ１ａまでのＸ軸方向の距離をＸ１ａとすると、距離Ｘ１ａに対する距離Ｘ２（図２）の比率は、次式に示すように、１よりも小さくなる。
Ｘ２／Ｘ１ａ＜１

事項Γ１に起因して、ロッドレンズアレイ２０における隣接するロッドレンズ間で像の転写倍率が異なる事態が生ずると、これら隣接するロッドレンズによってそれぞれ形成される像と像の間に位置ずれが生じる。この結果、２重もしくは３重以上に像の位置ずれが生じた合成像が形成される。更に、事項Σ１に起因して、ピントのずれたボケた合成像が形成される。したがって、ロッドレンズアレイ２０全体によって形成される像は、劣化する。

ここで、像の劣化を起こす度合いは、事項Γ１の方が事項Σ１よりも大きい。以下、その理由を説明する。今、図４に示されるように、点Ｂ１へ集光される出射光束ＯＬ１の集光角（コーンの半角）をθ２とし、点Ｂ１へ到達する出射光束ＯＬ１の主光線の結像面ＩＰへの入射角をθ１とする。ロッドレンズ２１_ｎの光軸と点Ｂ１との間のＸ軸方向の距離がロッドレンズ２１_ｎの半径よりも大きいとすれば、次式に示されるように、入射角θ１は、集光角θ２よりも大きいことが明らかである。
θ１＞θ２

事項Γ１に起因して像が動く量は、ΔＺ×θ１程度であり、事項Σ１に起因するボケた像の半径は、ΔＺ×θ２程度である。したがって、事項Σ１よりも事項Γ１の方が像の劣化を起こす度合いが大きい。

一方、図５に示すデフォーカス時の場合、デフォーカス時の物体面ＯＰ_２上の点Ａ１ｂ，Ａ２ｂ，Ａ３ｂからロッドレンズ２１_ｎの内部に入射した入射光束ＩＬ１，ＩＬ２，ＩＬ３は、ロッドレンズ２１_ｎ内の中間像面ＩＭＰ_２で中間像を形成した後に出射される。出射光束は、結像面ＩＰ_２で集光される。図５に示すデフォーカス時の場合も、図４に示す場合と同様に考察すれば、以下の事項Γ２，Σ２が導き出される。

・事項Γ２：フォーカス時の結像面ＩＰ上に形成される像の倍率（転写倍率）は拡大倍である。
・事項Σ２：フォーカス時の結像面ＩＰは、図５のデフォーカス時の結像面ＩＰ_２よりも左側にあるので、結像面ＩＰ上に形成される像は、ピントがずれたボケた像となる。

以上に説明した図４及び図５の例では、マイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５の存在が考慮されていない。後述するマイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５の導入により、像の劣化を起こす度合いが比較的大きい、上記事項Γ１，Γ２に起因する像間の位置ずれを主に改善することができる。

次に、マイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５について説明する。図６は、マイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５の概略構成を示す斜視図である。

図６に示されるようにマイクロレンズアレイ３３は、主走査方向Ｘに沿って配列されている多数のマイクロ集光レンズ３４，３４，…を有する。これらマイクロ集光レンズ３４（以下「マイクロレンズ３４」ともいう。）は、ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎの焦点位置に配置されたシリンドリカル形状（円筒形状）のレンズ面を有している。このレンズ面は、ロッドレンズアレイ２０から入射された光束に対して主走査方向Ｘに正の屈折力を有し、副走査方向Ｙには屈折力を有していない。よって、このレンズ面は、主走査方向Ｘに非零の曲率（曲率半径の逆数）を有するが、副走査方向Ｙには曲率を持たない。また、シリンドリカル形状のレンズ面は、副走査方向Ｙに沿って延在する頂部を有している。隣接するマイクロレンズ３４，３４の頂部間の主走査方向Ｘにおける間隔（ピッチ）Ｐｔは一定である。更に、図６に示されるように、マイクロレンズアレイ３３は、Ｚ軸方向に一定の厚みＨｔ（すなわち、マイクロレンズ３４のレンズ面の頂部とマイクロレンズ３４の底面との間のＺ軸方向における厚み）を有する。このようなマイクロレンズアレイ３３は、樹脂または石英などのレンズ材料を用いて作製することができる。

マイクロレンズアレイ３３は、ロッドレンズアレイ２０からの入射光束を撮像部３１の受光画素群（図６に図示されず）に集光させる。この撮像部３１とマイクロレンズアレイ３３との間に光吸収性材料からなる遮光パターン３５が形成されている。遮光パターン３５は、マイクロレンズアレイ３３の焦点位置に配置されており、マイクロレンズアレイ３３によって集光された光の一部を遮光する機能を有する。

図６に示されるように遮光パターン３５は、マイクロレンズ３４，３４，…の頂部にそれぞれ対応する位置に形成された開口部３５ｓ，３５ｓ，…を有する。これら開口部３５ｓ，３５ｓ，…は、マイクロレンズ３４，３４，…の光軸上にそれぞれ配置されている。また、各開口部３５ｓは、対応するマイクロレンズ３４のレンズ面の頂部に沿って延びるスリットを形成している。マイクロレンズアレイ３３によって集光された光束の一部のみが、その開口部３５ｓを通過して受光画素に到達することができる。主走査方向Ｘにおける開口部３５ｓの配列ピッチは、マイクロレンズ３４の頂部の配列ピッチＰｔと同じである。ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎの主走査方向Ｘにおける配列ピッチは、その配列ピッチＰｔよりも大きい。後述するように遮光パターン３５は、マイクロレンズアレイ３３に入射した光線のうち、予め定められた制限角度以上の入射角（すなわち制限角度範囲外の入射角）で入射する不要光線を遮光する機能を有する。

次に、撮像部３１の構成について説明する。図７は、撮像部３１の主要構成の一例を示す概略図である。

図７に示されるように、撮像部３１は、基板上に、主走査方向Ｘに沿って一列に配列された受光画素３２ｒ，３２ｒ，…からなる赤色ラインセンサ３１Ｒと、主走査方向Ｘに沿って一列に配列された受光画素３２ｇ，３２ｇ，…からなる緑色ラインセンサ３１Ｇと、主走査方向Ｘに沿って一列に配列された受光画素３２ｂ，３２ｂ，…からなる青色ラインセンサ３１Ｂとを備える。これら赤色ラインセンサ３１Ｒ、緑色ラインセンサ３１Ｇ及び青色ラインセンサ３１Ｂは、マイクロレンズアレイ３３の焦点位置に配置されている。赤色ラインセンサ３１Ｒ、緑色ラインセンサ３１Ｇ及び青色ラインセンサ３１Ｂは、たとえば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサまたはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサなどの固体撮像素子で構成することが可能である。また、撮像部３１はカラー画像生成のためのカラーフィルタを有する。すなわち、赤色ラインセンサ３１Ｒは赤色波長域（赤色スペクトル）の光のみを透過させる赤色フィルタを、緑色ラインセンサ３１Ｇは緑色波長域（緑色スペクトル）の光のみを透過させるフィルタを、青色ラインセンサ３１Ｂは青色波長域（青色スペクトル）の光のみを透過させる青色フィルタをそれぞれ有している。

更に、撮像部３１は、同一基板上に、赤色ラインセンサ３１Ｒ、緑色ラインセンサ３１Ｇ及び青色ラインセンサ３１Ｂの検出出力にアナログ信号処理を施す周辺回路３１Ａ，３１Ｐを備えている。一方の周辺回路３１Ａは、たとえば、赤色ラインセンサ３１Ｒ、緑色ラインセンサ３１Ｇ及び青色ラインセンサ３１Ｂの動作を制御する制御回路、当該検出出力の瞬間値をサンプリングして出力するサンプル・ホールド回路、及び、信号増幅回路といった信号処理回路で構成することができる。また、他方の周辺回路３１Ｐは、たとえば、差動増幅回路及びＡ／Ｄ変換器などの、周辺回路３１Ａのアナログ出力を処理する信号処理回路で構成することができる。

撮像部３１の周辺回路３１Ｐは、信号処理の結果得られたディジタル信号を、図１のセンサ基板３０と信号伝達路（たとえば、ケーブル）とを介して画像信号処理部４０に出力する。画像信号処理部４０は、撮像部３１の出力信号に画像処理を施すことによって、読取対象物２の被読取面上の２次元画像を示す読取画像信号を生成することができる。画像信号処理部４０のハードウェア構成は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）内蔵のコンピュータにより実現可能である。あるいは、画像信号処理部４０のハードウェア構成は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）により実現されてもよい。

なお、本実施の形態の撮像部３１は、３本のラインセンサ３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂを有しているが、これに限定されるものではない。３本のラインセンサ３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂとこれらに対応する周辺回路３１Ａ，３１Ｐとに代えて、１本のラインセンサとこれに対応する周辺回路とが採用されてもよい。

上記した画像読取装置１の構成についてより詳細に説明する。図８Ａは、ロッドレンズアレイ２０を概略的に示す図である。図８Ａに示すロッドレンズアレイ２０は、物体面ＯＰ上の１点Ａｎから伝播する光束を結像面ＩＰ上の１点Ｂｎに集光させる。点Ａｎと点Ｂｎは、ロッドレンズ２１_ｎの光軸上の点である。図３を参照しつつ説明したように、ロッドレンズ２１_ｎとこれに隣接するロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ＋１とはいずれも点Ａｎを視野に含む。よって、点Ａｎから伝播する光束は、図８Ｂに示すように、ロッドレンズ２１_ｎ−１の入射面に向けて伝播する光線群ＤＬ１と、ロッドレンズ２１_ｎの入射面に向けて伝播する光線群ＤＬ２と、ロッドレンズ２１_ｎ＋１の入射面に向けて伝播する光線群ＤＬ３とを含む。図８Ｃは、光線群ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３が到達する結像面ＩＰ上の点Ｂｎ付近の構成を概略的に示す図である。

図８Ｃに示されるように、マイクロレンズアレイ３３のマイクロレンズ３４は、ロッドレンズアレイ２０の焦点位置ＦＰに配置されている。撮像部３１はセンサ基板３０上に設けられている。この撮像部３１の受光画素３２ｘ（受光画素３２ｒ，３２ｇ，３２ｂのいずれか）とマイクロレンズアレイ３３との間に、当該受光画素３２ｘと対向する開口部３５ｓを有する遮光パターン３５が形成されている。遮光パターン３５の開口部３５ｓは、マイクロレンズアレイ３３に入射した光線群ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３のうち、予め定められた制限角度未満の入射角（すなわち制限角度範囲内の入射角）で入射する光線群ＤＬ２を透過させる位置に形成されている。よって、ロッドレンズ２１_ｎを通過した光線群ＤＬ２のみが、マイクロレンズ３４で集光された後に受光画素３２ｘに入射する。これに対し、ロッドレンズ２１_ｎに隣接するロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ＋１を通過した光線群ＤＬ１，ＤＬ３は、マイクロレンズ３４で集光された後に遮光パターン３５によって遮光される。このため光線群ＤＬ１，ＤＬ３は、受光画素３２ｘに到達しない。

遮光パターン３５は、マイクロレンズアレイ３３の焦点位置に配置されているので、マイクロレンズアレイ３３によって集光された光の一部を遮光することができる。遮光パターン３５の厚みは、マイクロレンズアレイ３３の焦点距離（たとえば、約１００μｍ）と比べると無視できるほどに小さく（たとえば、数μｍ）、遮光パターン３５と撮像部３１の受光画素３２ｘ，…とは互いに近接している。このため、受光画素３２ｘ，…の有効受光領域（読取画像の形成に利用される光を受光する領域）は、実質的にマイクロレンズアレイ３３の焦点位置に配置されているということができる。

図９は、マイクロレンズ３４に入射する光束ＯＬの光路を概略的に示す図である。今、マイクロレンズ３４への光束ＯＬの入射角（すなわち、光束ＯＬが結像面ＩＰの法線となす角度）をαとする。マイクロレンズ３４は、正の屈折力により、光束ＯＬを遮光パターン３５の位置に集光させる。その集光位置（マイクロレンズ３４の中心軸すなわち光軸からの主走査方向Ｘにおける距離）Ｘａは、次式（２）で表される。
Ｘａ＝ｆ_Ｍ×ｔａｎα （２）

ここで、ｆ_Ｍは、マイクロレンズ３４の焦点距離である。

様々な入射角αを持つ平行光がマイクロレンズ３４に入射するとき、マイクロレンズ３４の焦点面上には、入射角αに応じた光量分布が得られる。よって、図９に示されるように開口部３５ｓの主走査方向Ｘにおける開口幅をｈａとするとき、入射角αの絶対値｜α｜が次式（３）を満たす光線だけが開口部３５ｓを通過して受光画素３２ｘに受光される。
ｔａｎ｜α｜＜ｈａ／（２×ｆ_Ｍ） （３）

受光画素３２ｘと開口部３５ｓとはＺ軸方向において互いに近接しているので、開口幅ｈａは、受光画素３２ｘの有効受光領域の主走査方向Ｘにおける幅（以下「受光幅」ともいう。）と実質的に等しい。遮光パターン３５は、マイクロレンズアレイに入射した光線のうち、次式（３ｅ）を満たす制限角度α_Ｌ以上の入射角度で入射する光線を遮光するように構成されている。
ｔａｎα_Ｌ＝ｈａ／（２×ｆ_Ｍ） （３ｅ）

上式（３ｅ）により、制限角度α_Ｌは、次式（３ｆ）で表現される。
α_Ｌ＝Ａｒｃｔａｎ［ｈａ／（２×ｆ_Ｍ）］ （３ｆ）

開口部３５ｓの直下に受光画素３２ｘが配置されているので、遮光パターン３５は、上式（３）を満たすように光線を遮光することによって、受光画素３２ｘの有効受光領域に入射する光線を、マイクロレンズ３４の中心軸に近い光線に制限することができる。したがって、通常の単眼の屈折レンズ光学系において開口部を絞ることにより被写界深度を拡大する効果と同様の効果を得ることが可能である。

従来技術におけるロッドレンズアレイを使用する密着型イメージセンサのように複数の正立等倍像を重畳させて一つの像を形成する光学系では、以下の２つの事項Ｐ１，Ｐ２により、被写界深度の向上が難しかった。

・事項Ｐ１：ロッドレンズの中の最適な位置に絞りを挿入することが物理的に困難である。
・事項Ｐ２：隣接するロッドレンズにより重畳された像の重なり位置がデフォーカス時に互いにずれる。

特に、事項Ｐ２は、各ロッドレンズの視野範囲を制限することが従来技術では困難であったことに由来する課題である。

これに対し、本実施の形態では、従来技術では困難であった被写界深度の向上を実現することができる。以下、上記したデフォーカス時の像の劣化のメカニズム（図４及び図５）を考慮しつつ、本実施の形態の効果について詳細に説明する。

説明を容易にするために、画像解像度を６００ｄｐｉ（すなわち、１画素当たり４２．３μｍの解像度）とする。ロッドレンズアレイ２０については、各々が直径０．６ｍｍを持つロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎが０．６ｍｍのピッチで主走査方向Ｘに沿って配列されているものとする。また、物体面ＯＰからロッドレンズアレイ２０の入射面までの距離Ｌ１を５．１ｍｍとし、ロッドレンズアレイ２０の出射面から結像面ＩＰまでの距離Ｌ２も５．１ｍｍとする。各ロッドレンズは、主走査方向Ｘに視野全角２０°（視野半角β＝１０°とする。）を持つものとする。すなわち、入射角−１０°〜＋１０°の範囲を超えた角度でロッドレンズアレイ２０に入射する光線は、ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎ内を伝播することができない。視野半角β＝１０°に対してＬ１＝５．１ｍｍなので、単一のロッドレンズの物体面ＯＰ上での視野長は、約１．８ｍｍ（＝２×５．１×ｔａｎ１０°）となる。

また、ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎのピッチ０．６ｍｍに対する視野長１．８ｍｍの比は３倍なので、本実施の形態のマイクロレンズアレイ３３が存在しない場合には、図３に例示したように物体面ＯＰ上の任意の点が３個のロッドレンズの視野に含まれることとなる。

更に、マイクロレンズアレイ３３は、たとえば、屈折率ｎ＝１．５９の透明な樹脂材料からなり、各マイクロレンズ３４のレンズ面は、主走査方向ＸにＲ＝３７μｍの曲率を有するものとする。マイクロレンズ３４は、厚みＨｔ＝１００μｍを有し、且つ配列ピッチＰｔ＝４２．３μｍで主走査方向Ｘに沿って配列されているものとする。

この場合、１つのマイクロレンズ３４の焦点距離ｆ_Ｍは、次のように計算される。
ｆ_Ｍ＝Ｒ／（ｎ−１）＝６２．９μｍ

屈折率ｎ（＝１．５９）の媒質中での焦点距離は、約１００μｍ（＝ｎ×ｆ_Ｍ）である。よって、図９に示すような平行光束ＯＬは、マイクロレンズアレイ３３の底面で焦点を結ぶ。このマイクロレンズアレイ３３の底面に、開口部３５ｓを持つ遮光パターン３５が密着して配置されている。開口部３５ｓの配列ピッチＰｔは４２．３μｍである。各マイクロレンズ３４の中心軸上に開口部３５ｓの中心が存在する。

上記条件下で被写界深度が拡大される効果について以下に説明する。図１０は、マイクロレンズ３４に入射する平行光線の入射角αとこの平行光線の集光位置Ｘａとの間の関係を示すグラフである。このグラフは上式（２）を用いて作成された。今、各ロッドレンズの視野半角βは１０°なので、上式（１）のφ_ｉｎ＝φ_ｏｕｔにより、マイクロレンズ３４に入射する光線の入射角度αも最大で１０°である。入射角１０°の光線が遮光パターン３５の面上で到達する位置は、図１０のグラフによりＸａ＝１１μｍである。ここで、遮光パターン３５が大きな入射角αの光線を遮光するためには、開口部３５ｓの開口幅ｈａは、最低限、次の不等式（４）の関係を満たすことが必要である。
ｈａ／２＜Ｘａ （４）

すなわち、次式（５）が成立することが必要である。
ｈａ／２＜ｆ_Ｍ×ｔａｎβ （５）

この式（５）と上式（３ｆ）とから、次式（５Ａ）が成立する。
α_L＝Ａｒｃｔａｎ［ｈａ／（２×ｆ_Ｍ）］＜β （５Ａ）

今、ｈａ／２＝５μｍ，ｆ_M＝６２．９μｍであるので、α_L＝４．５°となり、式（５Ａ）を満たす。よって、ロッドレンズアレイ２０に入射する光線のうち、１０°以下の入射角で入射する光線がロッドレンズアレイ２０を通過してマイクロレンズアレイ３３に入射する。更に、マイクロレンズアレイ３３に入射する光線のうち入射角４．５°〜１０°の範囲の光線は、遮光パターン３５の遮光領域に吸収され、４．５°未満の入射角αで入射する光線のみが撮像部３１に到達する。したがって、ロッドレンズアレイ２０と撮像部３１との間にマイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５が挿入されることにより、元々１０°の視野角を有していたロッドレンズアレイ２０の視野角を４．５°に制限することができる。これにより、隣接するロッドレンズ間の視野の重複範囲が狭くなる。図１１は、ロッドレンズアレイ２０を構成するロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ，２１_ｎ＋１，２１_ｎ＋２の視野Ｆ_ｎ−１，Ｆ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１，Ｆ_ｎ＋２と結像範囲Ａ_ｎ−１，Ａ_ｎ，Ａ_ｎ＋１，Ａ_ｎ＋２とを概略的に示す図である。マイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５の存在により、図３に示した場合と比べると、視野Ｆ_ｎ−１，Ｆ_ｎ，Ｆ_ｎ＋１，Ｆ_ｎ＋２の重複範囲が狭いことが分かる。

上述したように、被写界深度を劣化させている主要因は、隣接するロッドレンズによって形成される像と像の間の位置ずれである。各ロッドレンズの視野が小さくなれば、最外光線の結像面ＩＰへの入射角度が小さくなり、デフォーカス時の像の位置ずれが小さくなる。よって、本実施の形態の画像読取装置１は、ロッドレンズアレイ２０の視野を制限することにより効果的にデフォーカス時の像の劣化を抑制することができ、これにより被写界深度を拡大することができる。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、マイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５が存在しない場合のロッドレンズアレイ２０を通過する光束の光路を概略的に示す図である。図１２Ａは、フォーカス時の光路を示し、図１２Ｂは、フォーカス時の物体面ＯＰからＺ軸方向に−ΔＺだけ移動した位置に物体面ＯＰ_１が形成された場合のデフォーカス時の光路を示している。フォーカス時には、各ロッドレンズの視野が広いため、図１２Ａに示されるように、物体面ＯＰ上の点Ｐから入射する光束は、ロッドレンズアレイ２０における３本のロッドレンズを通過した後に、結像面ＩＰ上の点Ｑに集光される。デフォーカス時には、図１２Ｂに示されるように、物体面ＯＰ_１上の点Ｐａから入射する光束は、ロッドレンズアレイ２０における３本のロッドレンズを通過した後に結像面ＩＰ_１上の３点で集光される。その後、結像面ＩＰ_１を通過した３本の光束は、フォーカス時の結像面ＩＰに到達した後に、この結像面ＩＰから＋ΔＺだけ離れた位置の像面ＩＰ_２に到達している。図１２Ｂの例では、フォーカス時の結像面ＩＰ上に３つの像が形成され、これら３つの像の位置が互いに大きくずれているため、大きなボケが発生している。そのボケ量φ_ａは、３本の光束の最外光線を含む範囲で形成されている。

これに対し、図１３Ａ及び図１３Ｂは、マイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５が存在する場合のロッドレンズアレイ２０を通過する光束の光路を概略的に示す図である。図１３Ａは、フォーカス時の光路を示し、図１３Ｂは、フォーカス時の物体面ＯＰからＺ軸方向に−ΔＺだけ移動した位置に物体面ＯＰ_１が形成された場合のデフォーカス時の光路を示している。フォーカス時には、各ロッドレンズの視野が狭いため、図１３Ａに示されるように、物体面ＯＰ上の点Ｐから入射する光束は、ロッドレンズアレイ２０における１本のロッドレンズを通過した後に、結像面ＩＰ上の点Ｑに集光される。デフォーカス時には、図１３Ｂに示されるように、物体面ＯＰ_１上の点Ｐａから入射する光束は、ロッドレンズアレイ２０における１本のロッドレンズを通過した後に結像面ＩＰ_１上の１点で集光される。その後、結像面ＩＰ_１を通過した１本の光束は、フォーカス時の結像面ＩＰに到達した後に、この結像面ＩＰから＋ΔＺだけ離れた位置の像面ＩＰ_２に到達している。図１３Ｂの例では、フォーカス時の結像面ＩＰ上に１つの像が形成されるため、そのボケ量φ_ｂは、図１２Ｂの場合のボケ量φ_ａと比べると小さい。

次に、シミュレーション計算に基づいて本実施の形態の効果を説明する。図１４及び図１５は、シミュレーション計算により得られた、結像面での光量分布を表すグラフである。図１４及び図１５のグラフにおいて、横軸は、単一のロッドレンズの光軸上の点（Ｙ＝０）からの位置（単位：ｍｍ）を示し、縦軸は、透過光量を示している。このシミュレーションは、以下の実施例と第１及び第２の比較例とに対してそれぞれ実行された。図１４及び図１５のグラフにおける縦軸の透過光量は、第１の比較例の場合のＹ＝０での透過光量が１となるように正規化されたものである。

実施例は、単一のロッドレンズと、このロッドレンズの物体側焦点面（物体面）に配置された白色面光源と、このロッドレンズの結像面に配置されたマイクロレンズアレイ３３と、このマイクロレンズアレイ３３の焦点位置近傍に配置された撮像部３１と、この撮像部３１とマイクロレンズアレイ３３との間に配置された遮光パターン３５とを有するものである。ここで、スリット幅１０μｍの開口部３５ｓが使用された。

第１の比較例は、実施例の構成からマイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５を取り除いた構成を有するものである。第２の比較例は、第１の比較例の構成を有し、更にそのロッドレンズの出射端面に開口絞りが配置された構成を有する。

図１４のグラフの実線で示される光量分布は、実施例に対するシミュレーション結果を示している。また、図１４及び図１５のグラフの破線で示される光量分布は、第１の比較例に対するシミュレーション結果を示し、図１５のグラフの実線で示される光量分布は、第２の比較例に対するシミュレーション結果を示している。ロッドレンズは、等倍で像を転写するので、光量分布の幅が視野範囲を示している。図１４及び図１５によれば、第１の比較例のシミュレーション結果から、ロッドレンズの元々有している視野範囲は、−１ｍｍ〜＋１ｍｍ程度であることが分かる。

図１４によれば、実施例の視野範囲は、およそ−０．５ｍｍ〜＋０．５ｍｍの幅を有し、第１の比較例と比べると、視野が約半分に制限されている。また、光軸付近（Ｙ＝０ｍｍ付近）の光量の減衰量がほとんど無く、効率的に視野が制限されていることが明らかである。

一方、図１５によれば、第２の比較例の視野範囲は、第１の比較例の視野範囲とほとんど変わらない。しかも、視野全体に亘って光量が減衰している。これは、ロッドレンズの出射端面に開口絞りを配置することは、すべての像高の光線を均等に減衰させるだけで、視野を制限する効果がほとんど得られないことを示している。

次に、図１６を参照しつつ、隣接するマイクロレンズ３４，３４間での光線の干渉を防止することができる構成について説明する。図１６は、マイクロレンズ３４に入射する光束の光路を概略的に示す図である。

仮に単一のマイクロレンズ３４の焦点距離が、たとえば、ｆ_Ｍ＝３００μｍであるとする。このとき、視野半角β＝１０°の中の最外光線の到達位置は、Ｘａ＝ｆ_Ｍ×ｔａｎβ＝５２μｍ、である。隣接するマイクロレンズ３４，３４間の間隔Ｐｔは４２．３μｍである。よって、図１６に示されるように、或るマイクロレンズ３４に入射した光線が、これに隣接する他のマイクロレンズ３４の真下にある受光画素３２ｘに到達して迷光となり、干渉を引き起こす場合がある。このような干渉が起こると、マイクロレンズアレイ３３を挿入することにより、かえって像がボケて画質が劣化するおそれがある。このような干渉を起こさないための条件は、次式（６）のとおりである。
ｆ_Ｍ×ｔａｎβ＜Ｐｔ−ｈａ／２ （６）

ここで、Ｐｔは、マイクロレンズ３４の配列ピッチである。Ｐｔ＝４２．３μｍ、ｈａ＝１０μｍとすると、ｆ_Ｍ＜２１１μｍの条件が必要となる。実際には、或るマイクロレンズ３４に入射する光束の最外光線が、当該或るマイクロレンズ３４とこれに隣接する他のマイクロレンズ３４との境界を超えないと、更に迷光が発生しにくい。よって、次式（７）の条件が成立することがより望ましい。
ｆ_Ｍ×ｔａｎβ＜Ｐｔ／２ （７）

Ｐｔ＝４２．３μｍ、β＝１０°とすると、ｆ_Ｍ＜１２０μｍという条件が導かれる。

以上に説明したように実施の形態１の画像読取装置１では、ロッドレンズアレイ２０の出射面と撮像部３１との間に上記のマイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５が配置されている。遮光パターン３５は、マイクロレンズアレイ３３に入射した光線のうち、制限角度以上の入射角（すなわち制限角度範囲外の入射角）で入射し且つマイクロレンズアレイ３３によって集光された光線を遮光するように構成されている。遮光パターン３５は、マイクロレンズアレイ３３によって集光される前の光を遮光せず、マイクロレンズアレイ３３によって集光された後の光を遮光するので、遮光量が小さい。また、撮像部３１における受光画素の有効受光領域は、マイクロレンズアレイ３３に入射した光線のうち制限角度未満の入射角（すなわち制限角度範囲内の入射角）で入射した光のみを受光する。したがって、撮像部３１の受光量低下を抑制しつつ被写界深度を拡大することができる。

また、上式（６）または（７）の関係式が満たされることにより、隣接するマイクロレンズ３４，３４間の光線の干渉を防止することができるので、読取画像の画質の向上が可能となる。

実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。上記実施の形態１のマイクロ集光レンズ３４のレンズ面は、主走査方向Ｘにのみ非零の曲率を有している。本実施の形態のマイクロ集光レンズのレンズ面は、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの双方に非零の曲率を有するものである。図１７は、実施の形態２におけるマイクロレンズアレイ３３Ａの概略構成例を示す斜視図である。本実施の形態の画像読取装置の構成は、上記実施の形態１のマイクロレンズアレイ３３に代えて、図１７に示したマイクロレンズアレイ３３Ａを有する点を除いて、上記実施の形態１の画像読取装置１の構成と同じである。

図１７に示されるように、本実施の形態のマイクロレンズアレイ３３Ａは、主走査方向Ｘに沿って配列されている３列のマイクロ集光レンズ３４Ａ，３４Ａ，…を含む。これらマイクロ集光レンズ３４Ａ（以下「マイクロレンズ３４Ａ」ともいう。）は、図７に示した赤色ラインセンサ３１Ｒの受光画素３２ｒに入射光を集光させるマイクロ集光レンズ群の列と、緑色ラインセンサ３１Ｇの受光画素３２ｇに入射光を集光させるマイクロ集光レンズ群の列と、青色ラインセンサ３１Ｂの受光画素３２ｂに入射光を集光させるマイクロ集光レンズ群の列とで構成されている。

また、各マイクロレンズ３４Ａは、ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎの焦点位置に配置されたレンズ面を有する。このレンズ面は、ロッドレンズアレイ２０から入射された光束に対して主走査方向Ｘに正の屈折力を有し、且つ副走査方向Ｙにも正の屈折力を有する凸状面である。よって、このレンズ面は、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの双方に非零の曲率を有している。このようなマイクロレンズ３４Ａの具体的な曲面形状としては、各受光画素３２ｘ（受光画素３２ｒ，３２ｇ，３２ｂのいずれか）の中心を通る光軸を持つ球面レンズ形状が挙げられる。

更に、隣接するマイクロ集光レンズ３４Ａ，３４Ａの頂点間の主走査方向Ｘにおける間隔（ピッチ）Ｐｔは一定である。また、図１７に示されるように、マイクロレンズアレイ３３Ａは、上記実施の形態１のマイクロレンズアレイ３３と同様に、Ｚ軸方向に一定の厚みＨｔ（すなわち、マイクロレンズ３４Ａのレンズ面の頂点とマイクロレンズ３４Ａの底面との間のＺ軸方向における厚み）を有する。このようなマイクロレンズアレイ３３Ａは、樹脂または石英などのレンズ材料を用いて作製することができる。

実施の形態１のマイクロレンズ３４のレンズ面は、シリンドリカル形状を有するので、球面形状を有する本実施の形態のレンズ面よりも容易に作製可能であるという利点がある。一方で、実施の形態１のマイクロレンズ３４のレンズ面は、主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとで焦点距離に違いがあるので、主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとで光路長に差が生じる。たとえば、実施の形態１のマイクロレンズ３４が、厚みＨｔ＝１００μｍと屈折率ｎ＝１．５９とを有する場合、主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとの間の光路長差は、以下のように計算される。
１００μｍ／ｎ＝６２．９μｍ

よって、実施の形態１のマイクロレンズ３４では、主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとで６２．９μｍだけ焦点位置がずれる可能性がある。これに対し、本実施の形態のマイクロ集光レンズ３４Ａのように、主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとで同じ正の屈折力を有するレンズ面を有していれば、主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとで焦点位置を一致させることが可能である。したがって、デフォーカス時には、実施の形態１の場合と比べてより鮮明な読取画像を生成することができる。

なお、本実施の形態のマイクロレンズ３４Ａの好ましい例として球面レンズが挙げられたが、必ずしも球面レンズを採用する必要はない。主走査方向Ｘと副走査方向Ｙとで焦点位置を一致させるレンズ形状であれば、球面以外のレンズ形状を有する光学レンズ（たとえば、非球面レンズ）が採用されてもよい。

実施の形態３．
次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。上記実施の形態１は、正立等倍像を形成する結像光学系としてロッドレンズアレイ２０を使用するロッドレンズアレイ方式の画像読取装置１である。本実施の形態は、ロッドレンズアレイ２０に代えて複数の屈折レンズ群を結像光学要素群として使用する屈折レンズアレイ方式の画像読取装置である。本実施の形態の画像読取装置の構成は、ロッドレンズアレイ２０に代えて複数の屈折レンズ群を有する点を除いて、上記実施の形態１の画像読取装置１の構成と同じである。

図１８Ａは、実施の形態３の結像光学系を構成する１つの結像光学要素５０の例を示す図である。結像光学要素５０は、４枚の屈折レンズ５１，５２，５３，５４で構成されている。図１８Ａに示されるように、物体面ＯＰ上の複数の点から入射された光束は、中間像面ＩＭＰで反転縮小像を形成する。結像光学要素５０は、その反転縮小像を更に拡大反転することで結像面ＩＰ上に正立等倍像を形成する。図１８Ｂに示すように、このような結像光学要素５０の複数個を配列することで、本実施の形態の結像光学系を構成することができる。

図１８Ｂの結像光学系は、図１８Ａに示した結像光学要素５０を複数個有するので、これら複数個の結像光学要素５０は、結像面ＩＰ上で互いに重畳する複数の正立等倍像を形成する。このように複数の正立等倍像を重畳させることで全体の画像を構成するという原理は、ロッドレンズアレイ２０の原理と同様である。

したがって、本実施の形態では、上記実施の形態１の場合と同様に、図１８Ｂの結像光学系の出射面と撮像部３１との間にマイクロレンズアレイ３３及び遮光パターン３５が配置されるので、各結像光学要素５０の視野を狭めることができる。したがって、撮像部３１の受光量低下を抑制しつつ被写界深度を拡大することが可能である。また、上式（６）または（７）の関係式が満たされることにより、隣接するマイクロレンズ３４，３４間の光線の干渉を防止することができるので、読取画像の画質の向上が可能となる。

なお、上記の説明から容易に類推することができるように、正立等倍像を重ね合わせるレンズアレイ方式の結像光学系であれば、屈折レンズ群だけでなく、反射凹面鏡が構成要素として含まれてもよい。この場合でも、同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
次に、本発明に係る実施の形態４について説明する。上記実施の形態１の場合、図８Ａ〜図８Ｃに示したように、遮光パターン３５は、マイクロレンズアレイ３３に入射した光線群ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３のうち、制限角度α_Ｌ未満の入射角で入射する光線群ＤＬ２を透過させる位置に形成されている。よって、図８Ａのロッドレンズ２１_ｎを通過した光線群ＤＬ２のみが、マイクロレンズ３４で集光されて受光画素３２ｘの有効受光領域に入射する。一方、ロッドレンズ２１_ｎに隣接するロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ＋１を通過した不要な光線群ＤＬ１，ＤＬ３は、マイクロレンズ３４で集光された後に遮光パターン３５によって遮光される。

これに対し、図１９は、実施の形態４の撮像部３１Ｋの概略構成を示す断面図である。本実施の形態の画像読取装置の構成は、実施の形態１の遮光パターン３５及び撮像部３１に代えて図１９の撮像部３１Ｋを有する点を除いて、上記実施の形態１の画像読取装置１の構成と同じである。図１９に示されるように、撮像部３１Ｋの受光画素３２ｘａの有効受光領域は、マイクロレンズアレイ３３に入射した光線群ＤＬ１，ＤＬ２，ＤＬ３のうち、制限角度α_Ｌ未満の入射角（すなわち制限角度範囲内の入射角）で入射する光線群ＤＬ２のみを受光する範囲に形成されている。よって、制限角度α_Ｌよりも大きな入射角（すなわち制限角度範囲外の入射角）でマイクロレンズアレイ３３に入射する光線群ＤＬ１，ＤＬ３は、受光画素３２ｘａに受光されない。

このように、本実施の形態では、実施の形態１の遮光パターン３５を設ける代わりに、受光画素３２ｘａの主走査方向Ｘにおける受光幅が狭くなるように設計されている。したがって、上記実施の形態１の場合と同様に、撮像部３１Ｋの受光量低下を抑制しつつ被写界深度を拡大することができる。

また、実施の形態１の撮像部３１と比べると、撮像部３１Ｋの寸法を小さくすることができるという効果がある。撮像部３１Ｋの製造方法としては、たとえば、１枚の半導体基板（たとえば、シリコンウエハ）上に半導体プロセスにより多数の撮像部チップを形成し、その後、これら多数の撮像部チップを互いに分離するという方法が典型例である。個々の撮像部チップが撮像部３１Ｋとして使用される。実施の形態１の撮像部３１の製造方法も撮像部３１Ｋの製造方法と同様である。このため、上述したように撮像部３１Ｋの有効受光領域の受光幅が小さくなり、撮像部３１Ｋの受光面積が小さくなれば、１枚の半導体基板から製造される撮像部チップの個数が増大するという効果がある。

また、撮像部３１Ｋの寸法が小さいので、撮像部３１Ｋ全体の副走査方向Ｙにおける寸法を小さくすることができる。以下、この点について説明する。図２０は、本実施の形態における撮像部３１Ｋの主要構成の一例を示す概略図である。図２０に示されるように、撮像部３１Ｋは、基板上に、主走査方向Ｘに沿って一列に配列された受光画素３２ｒａ，３２ｒａ，…からなる赤色ラインセンサ３１Ｒａと、主走査方向Ｘに沿って一列に配列された受光画素３２ｇａ，３２ｇａ，…からなる緑色ラインセンサ３１Ｇａと、主走査方向Ｘに沿って一列に配列された受光画素３２ｂａ，３２ｂａ，…からなる青色ラインセンサ３１Ｂとを備える。図１９に示した受光画素３２ｘａは、受光画素３２ｒａ，３２ｇａ，３２ｂａのいずれかである。

また、撮像部３１Ｋにおいては、受光画素３２ｒａ，３２ｇａ，３２ｂａと受光画素３２ｒａ，３２ｇａ，３２ｂａとの間の非受光領域に周辺回路３１Ａ，３１Ａが形成されている。図２０の周辺回路３１Ａの機能は、上記実施の形態１の周辺回路３１Ａ（図７）の機能と同様である。更に、撮像部３１Ｋは、周辺回路３１Ａのアナログ出力を処理する周辺回路３１Ｐを備える。この周辺回路３１Ｐの機能は、上記実施の形態１の周辺回路３１Ｐ（図７）の機能と同様である。

実施の形態４では、周辺回路３１Ａが受光画素３２ｒａ，３２ｇａ，３２ｂａと受光画素３２ｒａ，３２ｇａ，３２ｂａとの間の非受光領域に形成されているので、撮像部３１Ｋの副走査方向Ｙにおける幅Ｈ２は、上記実施の形態１の撮像部３１の副走査方向Ｙにおける幅Ｈ１（図７）と比べると小さい。したがって、本実施の形態では、上記実施の形態１と比べると、撮像部３１Ｋの副走査方向Ｙにおける寸法が小さいという効果がある。

なお、本実施の形態の撮像部３１Ｋは、３本のラインセンサ３１Ｒａ，３１Ｇａ，３１Ｂａを有しているが、これに限定されるものではない。３本のラインセンサ３１Ｒａ，３１Ｇａ，３１Ｂａとこれらに対応する周辺回路３１Ａ，３１Ｐとに代えて、１本のラインセンサとこれに対応する周辺回路とが採用されてもよい。

実施の形態５．
次に、本発明に係る実施の形態５について説明する。図２１は、実施の形態５における遮光パターン３５Ａの構造の一例を概略的に示す断面図である。本実施の形態の画像読取装置の構成は、上記実施の形態１の遮光パターン３５に代えて図２１の遮光パターン３５Ａを有する点を除いて、実施の形態１の画像読取装置１の構成と同じである。

図２１においては、互いに隣接する２個のロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍ（ｎ，ｍは、連続する整数）と、これらロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍの焦点位置ＦＰに配置されたマイクロレンズ３４_ｎ−３〜３４_ｎ＋３，３４_ｍ−３〜３４_ｍ＋３を含むマイクロレンズアレイ３３と、このマイクロレンズアレイ３３の焦点位置に配置された受光画素３２ｘ，…を含む撮像部３１と、この撮像部３１とマイクロレンズアレイ３３との間に配置された遮光パターン３５Ａとが示されている。マイクロレンズ３４_ｎ−３〜３４_ｎ＋３，３４_ｍ−３〜３４_ｍ＋３は、上記した実施の形態１のマイクロレンズ３４と同じ構成を有する。

上記実施の形態１では、図９に示したように、遮光パターン３５の開口部３５ｓの主走査方向Ｘにおける中心は、対応するマイクロレンズ３４の光軸上に配置されている。よって、遮光パターン３５の開口部３５ｓとこれに対応するマイクロレンズ３４の光軸との間の主走査方向Ｘにおける位置ずれ量は、常に零である。

本実施の形態では、図２１に示されるように、マイクロレンズ３４_ｎ−３〜３４_ｎ＋３は、左側のロッドレンズ２１_ｎと対向する位置に配置されている。そのロッドレンズ２１_ｎからマイクロレンズ３４_ｎ−３〜３４_ｎ＋３に入射する主光線Ｒ_ｎ−３〜Ｒ_ｎ＋３は、遮光パターン３５Ａにそれぞれ伝播する。ロッドレンズ２１_ｎの光軸ＯＡ_ｎから離れるほど、これら主光線Ｒ_ｎ−３〜Ｒ_ｎ＋３の結像面への入射角は大きくなる。よって、主光線Ｒ_ｎ−３〜Ｒ_ｎ＋３の遮光パターン３５Ａへの到達位置は、当該到達位置がロッドレンズ２１_ｎの光軸ＯＡ_ｎから離れるほど、マイクロレンズ３４_ｎ−３〜３４_ｎ＋３の光軸からずれる。これに合わせて、遮光パターン３５Ａの開口部の中心とマイクロレンズ３４_ｎ−３〜３４_ｎ＋３の光軸との間に主走査方向Ｘにおける位置ずれ量Δ_ｎ−３〜Δ_ｎ＋３が形成されている。ロッドレンズ２１_ｎの光軸ＯＡ_ｎから開口部が主走査方向Ｘに離れているほど、ずれ量Δ_ｎ−３〜Δ_ｎ＋３は大きくなる。ここで、マイクロレンズ３４_ｎの光軸はロッドレンズ２１_ｎの光軸ＯＡ_ｎと一致するので、そのマイクロレンズ３４_ｎの光軸とこれに対応する開口部の中心との間の位置ずれ量Δ_ｎは零である。

同様に、マイクロレンズ３４_ｍ−３〜３４_ｍ＋３は、右側のロッドレンズ２１_ｍと対向する位置に配置されている。そのロッドレンズ２１_ｍからマイクロレンズ３４_ｍ−３〜３４_ｍ＋３に入射する主光線Ｒ_ｍ−３〜Ｒ_ｍ＋３は、遮光パターン３５Ａにそれぞれ伝播する。遮光パターン３５Ａの開口部の中心とマイクロレンズ３４_ｍ−３〜３４_ｍ＋３の光軸との間には主走査方向Ｘにおける位置ずれ量Δ_ｍ−３〜Δ_ｍ＋３が形成されている。ロッドレンズ２１_ｍの光軸ＯＡ_ｍから開口部が主走査方向Ｘに離れているほど、ずれ量Δ_ｍ−３〜Δ_ｍ＋３は大きくなる。ここで、そのマイクロレンズ３４_ｍの光軸とこれに対応する開口部の中心との間の位置ずれ量Δ_ｍは零である。

以上に説明したように遮光パターン３５Ａの開口部が配置されるので、各受光画素３２ｘの真上（Ｚ軸負方向）に存在するロッドレンズ（以下「真上ロッドレンズ」ともいう。）からの入射光線のうち、開口部を通過する光線の割合が大きくなる。これにより、撮像部３１で取得される画像では、真上ロッドレンズからの光線の寄与が大きくなる。また、隣接するロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍ間での像の重畳が抑制され、ひいては、被写界深度が大きくなる。

また、遮光パターン３５Ａの開口部の幅を制限するとともに、ロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍの各々の視野長をロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍの配列ピッチと等しくすることが望ましい。これにより、ロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍの視野が当該ロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍ間で重畳することが防止され、当該ロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍ間で像の重畳が防止される。この場合、本実施の形態のように、遮光パターン３５Ａの開口部の中心位置が主光線の入射位置と一致するように設置されていると、遮光パターン３５Ａでの光線のケラレが抑制され、隣接するロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍ間でより完全に分離した読取画像を得ることができる。これにより、ロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｍ間での像の重畳領域に起因する被写界深度の劣化が抑制された読取画像を得ることができる。

実施の形態６．
次に、本発明に係る実施の形態６について説明する。図２２は、本発明に係る実施の形態６である画像読取装置１Ａの構成の主要部を概略的に示す斜視図である。

画像読取装置１Ａは、画像読取部である密着型イメージセンサ部１０Ａ（以下「ＣＩＳ部１０Ａ」という。）と、ＣＩＳ部１０Ａの出力信号すなわち生画像信号に画像処理を施して読取画像信号を生成する画像信号処理部７０とを備えて構成されている。本実施の形態のＣＩＳ部１０Ａの構成は、上記実施の形態１の撮像部３１及び遮光パターン３５の代わりに図２２の撮像部６１を有する点を除いて、実施の形態１のＣＩＳ部１０の構成と同じである。ロッドレンズアレイ２０、センサ基板３０、撮像部６１及びマイクロレンズアレイ３３は、単一の筐体１２Ａ内に取り付けられている。

画像読取装置１Ａは、上記実施の形態１の場合と同様に、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙに沿って２次元状に分布する読取対象物２に対し、副走査方向Ｙに沿ってＣＩＳ部１０Ａを相対的に移動させる走査駆動機構（図示せず）を備えている。読取対象物２に対してＣＩＳ部１０Ａが副走査方向Ｙに沿って相対的に移動することで、読取対象物２の被読取面全体の走査が可能となる。なお、走査駆動機構は、読取対象物２に対してＣＩＳ部１０Ａを副走査方向Ｙに沿って移動させる機構、もしくは、ＣＩＳ部１０Ａに対して読取対象物２を副走査方向Ｙに沿って移動させる機構のいずれであってもよい。

ロッドレンズアレイ２０は、主走査方向Ｘに沿って配列されたＮ個のロッドレンズ２１_１，２１_２，…，２１_ＮをＮ個の結像光学要素として含む。これらロッドレンズ２１_１，２１_２，…，２１_Ｎは、読取対象物２で散乱された光に基づいて、当該ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎの焦点位置（マイクロレンズアレイ３３の入射面）にＮ個の正立等倍像を形成する。マイクロレンズアレイ３３は、ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎから入射した光線を撮像部６１上の受光画素群に集光させる。

図２３は、ロッドレンズアレイ２０、マイクロレンズアレイ３３、撮像部６１及びセンサ基板３０の間の位置関係を概略的に示す図である。図２３の例では、ロッドレンズアレイ２０を構成するロッドレンズ２１_ｎ−２，２１_ｎ−１，２１_ｎ，２１_ｎ＋１，２１_ｎ＋２（ｎは整数）が主走査方向Ｘに沿って配列されている。図２３には、説明の便宜上、ロッドレンズ２１_ｎを基準としてロッドレンズ２１_ｎ＋Ｒに割り振られた番号Ｒ＝−１，０，１が示されている。各ロッドレンズ２１_ｎ＋Ｒに対し、当該ロッドレンズ２１_ｎ＋Ｒの光軸ＯＡ_ｎ＋Ｒを中心として、１３個のマイクロレンズ３４，…，３４からなるレンズ群が配置されている。よって、ロッドレンズアレイ２０全体では、Ｎ個のロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎの焦点位置にそれぞれＮ個のレンズ群をなすマイクロレンズ３４，…，３４が配置されることとなる。ただし、各レンズ群をなすマイクロレンズ３４，…，３４の個数は１３個に限定されるものではない。

撮像部６１は、図２４に示されるようにマイクロレンズ３４により光線が集光される位置に、主走査方向Ｘに沿って配列された受光画素６２，…，６２を有する。これら受光画素６２，…，６２は、実施の形態１の受光画素３２ｒ，３２ｇ，３２ｂ，…と同様に、ＣＭＯＳイメージセンサまたはＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子を用いて構成することが可能である。各受光画素６２は、入射光量に応じた強度を有するアナログ受光信号を撮像部６１上の周辺回路に出力する。この周辺回路は、実施の形態１の周辺回路３１Ａ，３１Ｐと同様に、各受光画素６２から入力されたアナログ受光信号に信号処理を施してディジタル受光信号を生成し、図２２のセンサ基板３０と信号伝達路（たとえば、ケーブル）とを介して画像信号処理部７０に出力する。後で詳述するように、画像信号処理部７０は、撮像部６１から出力されたディジタル受光信号群からなる生画像信号に基づき、ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎによって形成されたＮ個の正立等倍像を表すＮ個の視野画像（ディジタル画像）を構成し、これらＮ個の視野画像を合成して１つの読取画像を生成することができる。

図２４の例では、１つのマイクロレンズ３４に対して、６個の受光画素６２，…，６２の組からなる受光画素群が配置される。よって、各ロッドレンズ２１_ｎ＋Ｒに対応して設けられた１３個のマイクロレンズ３４，…，３４は、計７８個（＝６個×１３組）の受光画素６２，…，６２からなる１３組の受光画素群に光線を集光することとなる。各ロッドレンズ２１_ｎ＋Ｒに対応して設けられた受光画素群は、１３個のマイクロレンズ３４，…，３４によって形成された集光像を検出することが可能である。なお、１つのマイクロレンズ３４に対して配置される受光画素の個数は、特に限定されるものではない。

たとえば、以下の構成例が考えられる。
・各ロッドレンズ２１_ｎ＋Ｒの直径Φ：５４６μｍ、
・ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎの配列ピッチＰｒ：５４６μｍ、
・各ロッドレンズ２１_ｎ＋Ｒの視野半角ω：９°、
・マイクロレンズ３４の主走査方向Ｘにおける配列ピッチ：４２μｍ、
・マイクロレンズ３４のシリンドリカル形状のレンズ面の曲率Ｒ：７８μｍ、
・マイクロレンズ３４の屈折率ｎ：１．５９、
・マイクロレンズ３４の厚み：２１１μｍ。

この構成例では、マイクロレンズ３４の配列ピッチ（＝４２μｍ）は、ロッドレンズ２１_１〜２１_ＮのピッチＰｒの１／１３の値である。各ロッドレンズ２１_ｎ＋Ｒの視野半角ω＝９°と同じ入射角度γでマイクロレンズ３４に入射する平行光線ＯＬが集光する様子が、図２４に示されている。受光画素６２の主走査方向Ｘにおける配列ピッチは７μｍである。マイクロレンズ３４の焦点距離ｆ_Ｍは、ｆ_Ｍ＝Ｒ／（ｎ−１）＝１３３μｍ、である。屈折率ｎの媒質中での焦点距離はｎ×ｆ_Ｍ＝２１１μｍとなり、平行光線ＯＬは、マイクロレンズ３４に入射するとマイクロレンズ３４の底面で焦点を結ぶことができる。

図２４に示される平行光線ＯＬは、物体上の視野端の点からロッドレンズ２１_ｎ＋Ｒを介してマイクロレンズ３４に入射した光線である。この光線ＯＬは、マイクロレンズ３４によって集光されて当該マイクロレンズ３４の底面で焦点を結ぶ。この場合の当該光線ＯＬが焦点を結ぶ位置は、マイクロレンズ３４の光軸から主走査方向Ｘに以下のδだけ離れた位置となり、マイクロレンズ３４，３４間の境界位置である。
δ＝ｆ_Ｍ×ｔａｎγ＝２１μｍ。

マイクロレンズ３４に対して視野半角ωを超えた入射角で入射する光線は存在しないので、マイクロレンズ３４に入射した光線が、このマイクロレンズ３４に隣接する他のマイクロレンズ３４の底面上の受光画素６２に入射する光線と干渉することは回避される。本実施の形態では、或るマイクロレンズ３４に入射した光線と他のマイクロレンズ３４に入射した光線とが撮像部６１で互いに干渉することはない。

図９及び上式（２）に示したように、マイクロレンズ３４への光線の入射角αに応じて、主走査方向Ｘにおける結像位置Ｘａは変化する。入射角α（単位：ラジアン）は小さい角度なので、上式（２）は、以下の近似式（２ａ）に変形可能である。
Ｘａ＝ｆ_Ｍ×α （２ａ）

すなわち、結像位置Ｘａは、入射角αと線形関係にある。１個のマイクロレンズ３４に対応して６個の受光画素６２，…，６２が設けられているので、これら６個の受光画素６２，…，６２は、−９≦α≦−６°、−６≦α≦−３°、−３≦α≦０°、０≦α≦３°、３≦α≦６°、及び、６≦α≦９°の範囲内の入射角αでそれぞれ入射する光線を受光することができる。

一方、図２５に示すように、ロッドレンズ２１_ｎ（Ｒ＝０）の焦点面ＩＰにおいて当該ロッドレンズ２１_ｎの光軸ＯＡ_ｎから主走査方向Ｘに離れた位置をＸで表すものとする。光軸ＯＡ_ｎでは、Ｘ＝０である。位置Ｘは次式で表される。
Ｘ＝Ｌ×ｔａｎα。
ここで、図２５に示されるように、Ｌは、ロッドレンズ２１_ｎの出射端と焦点面ＩＰとの間の間隔である。上記構成例の場合、Ｌ＝５．６８ｍｍとなる。

図２６は、ロッドレンズ２１_ｎ（Ｒ＝０）を通過した主光線に関するマイクロレンズ３４への光線の入射角αと集光位置Ｘとの関係を示すグラフである。このグラフにおいて横軸は位置Ｘ（単位：ミリメートル）を示し、縦軸は入射角α（単位：°）を示している。図２６の実線で示されるように、位置Ｘと入射角αとはほぼ線形の関係にあり、入射角αの範囲は、−９°〜＋９°なので、位置Ｘの範囲は−０．９ｍｍ〜＋０．９ｍｍの範囲内、すなわちロッドレンズ２１_１〜２１_ＮのピッチＰｒ（＝５４６μｍ）の約３．３倍の大きさの範囲内（ロッドレンズの約３．３本分の範囲内）であることが分かる。

図２７は、ｎ番目のロッドレンズ２１_ｎの光軸ＯＡ_ｎを中心として主走査方向Ｘに沿って配列されたマイクロレンズ群及び受光画素群の例を示す概略図である。図２７において、符号３４_ｎ，ｍは、ｎ番目のロッドレンズ２１_ｎに対応して設けられたマイクロレンズ３４に割り当てられた符号である。光軸ＯＡ_ｎ上に配置されたマイクロレンズ３４には、符号３４_ｎ，０が割り当てられている。ｍ＞０の場合、マイクロレンズ３４_ｎ，ｍは、中心のマイクロレンズ３４_ｎ，０から主走査方向Ｘの負方向側に離れたマイクロレンズ３４を意味する。ｍ＜０の場合、マイクロレンズ３４_ｎ，ｍは、中心のマイクロレンズ３４_ｎ，０から主走査方向Ｘの正方向側に離れたマイクロレンズ３４を意味する。符号３４_{ｎ＋１，ｍ}は、ｎ＋１番目のロッドレンズ２１_ｎ＋１に対応して設けられたマイクロレンズ３４に割り当てられた符号であり、符号３４_{ｎ−１，ｍ}は、ｎ−１番目のロッドレンズ２１_ｎ−１に対応して設けられたマイクロレンズ３４に割り当てられた符号である。また、各マイクロレンズ３４に対応して設けられた６個の受光画素６２，６２，６２，６２，６２，６２に対し、それぞれ、ｓ＝０，１，２，３，４，５が割り当てられている。整数ｐは、ロッドレンズ２１_ｎの光軸ＯＡ_ｎ上のマイクロレンズ３４_ｎ，０を基準（ｐ＝０）としてマイクロレンズ３４に割り当てられた番号である。この番号ｐは、番号ｍとは異なり、ロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｎ＋１間の境界及びロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｎ−１間の境界を超えた範囲のマイクロレンズ３４に割り当てられている。

上記構成例の場合、ロッドレンズ２１_ｎ（Ｒ＝０）を通過した光線が到達する受光画素は、Ｘ＝−０．９ｍｍ〜＋０．９ｍｍの範囲内のマイクロレンズ３４の直下に存在する６個の受光画素のうちのいずれかの画素である（図２６）。図２８Ａ〜図２８Ｄは、マイクロレンズ３４_ｎ，０，３４_ｎ，３，３４_ｎ，６に入射する光線を概略的に示す図である。

また、上記構成例の場合、ロッドレンズ２１_ｎ（Ｒ＝０）を通過し、且つマイクロレンズ３４_ｎ，０に入射する光線は、入射角θ＝０°を中心として−２．７５°〜＋２．７５°の広がりを持つ光線である。このとき、図２８Ａに概略的に示されるように、当該光線は、ｓ＝２，３の受光画素６２，６２に到達し、ｓ＝０，１，４，５の受光画素には到達しない。また、ロッドレンズ２１_ｎ（Ｒ＝０）を通過し、且つマイクロレンズ３４_ｎ，３に入射する光線は、入射角１．２７°を中心として−２．７５°〜＋２．７５°の広がりを持つ光線である。このとき、図２８Ｂに概略的に示されるように、当該光線は、ｓ＝２，３，４の受光画素６２，６２，６２に到達する。更に、ロッドレンズ２１_ｎ（Ｒ＝０）を通過し、且つマイクロレンズ３４_ｎ，６に入射する光線は、入射角２．５４°を中心として、−２．７５°〜＋２．７５°の広がりを持つ光線である。このとき、図２８Ｃに概略的に示されるように、当該光線のほとんどの部分は、ｓ＝３，４の受光画素６２，６２に到達し、当該光線のわずかな部分がｓ＝２の受光画素６２に到達する。

このようにマイクロレンズ３４への光線の入射角は、連続的な値となり得るのに対し、マイクロレンズ３４の底面上の受光面は、６個の受光画素６２，…，６２によって６分割されている。このため、その受光面には、１つのロッドレンズ２１_ｎのみを通過した光線が入射する受光画素６２と、隣接する複数のロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ＋１を通過した光線が混在して入射する受光画素６２とがある。たとえば、図２８Ｄは、図２８Ａに、Ｒ＝０のロッドレンズ２１_ｎに対して隣接するロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ＋１（Ｒ＝−１，Ｒ＝＋１）からの光線を追記した図である。この場合、ｓ＝３の受光画素に到達する光線の大部分は、Ｒ＝０のロッドレンズ２１_ｎから到達した光線であり、Ｒ＝−１のロッドレンズ２１_ｎ−１を通過する光線もわずかに混入している。ｓ＝４の受光画素には、Ｒ＝−１のロッドレンズ２１_ｎ−１を通過した光線のみが到達する。ｓ＝５の受光画素に到達する光線の大部分は、Ｒ＝−１のロッドレンズ２１_ｎ−１を通過した光線であるが、Ｒ＝−２のロッドレンズ２１_ｎ−２（図示せず）から到達した光線もわずかに混入する。
マイクロレンズ３４の底面上の複数の受光画素のうちから、１つのロッドレンズを通過した光線が受光の大半を占める受光画素６２のみを選択すれば、単一のロッドレンズによって形成された像を表すディジタル画像を構成することができる。

ロッドレンズ４本分の幅に相当するＸ＝−１．０９２ｍｍ〜＋１．０９２ｍｍの範囲での受光画素群には、７本のロッドレンズ２１_ｎ−３，２１_ｎ−２，２１_ｎ−１，２１_ｎ，２１_ｎ＋１，２１_ｎ＋２，２１_ｎ＋３（Ｒ＝−３〜＋３）のうちのいずれかのロッドレンズを通過した光線が到達する可能性がある。図２９は、７本のロッドレンズ２１_ｎ−３〜２１_ｎ＋３（Ｒ＝−３〜＋３）を通過した光線に関するマイクロレンズ３４への光線の入射角αと集光位置との関係の例を示すグラフである。図２９によれば、たとえば、Ｘ＝０については、ロッドレンズ２１_ｎ（Ｒ＝０）からはα＝０°の主光線を持つ光束が入射し、ロッドレンズ２１_ｎ−１（Ｒ＝−１）からはα＝５．５°の主光線を持つ光束が入射し、ロッドレンズ２１_ｎ＋１（Ｒ＝＋１）からはα＝−５．５°の主光線を持つ光束が入射することが分かる。

本実施の形態の受光画素群の受光面においては、各ロッドレンズ２１_ｎについて、当該各ロッドレンズ２１_ｎを通過した主光線のうちマイクロレンズ３４_ｎ，ｍに制限角度範囲内の入射角αで入射した光線のみを受光する有効受光領域が設定されている。有効受光領域は、各マイクロレンズ３４_ｎ，ｍごとに設定される。α_１，α_２を、マイクロレンズ３４_ｎ，ｍへの光線の入射角であって、且つ制限角度範囲の下限及び上限をそれぞれ定める臨界角とすれば、当該制限角度範囲は、臨界角α_１，α_２を用いて、たとえば次式のように表現可能である（ここでα_１，α_２は正または負の値をとり得る。）。
α₁＜α＜α_２

図３０は、マイクロレンズ３４_ｎ，ｍについて設定された有効受光領域を説明するための概略図である。図３０の例では、マイクロレンズ３４_ｎ，ｍを屈折透過した光線が受光画素群の受光面６１ｒに入射する様子が概略的に示されている。図３０に示される臨界角α_１，α_２はともに負の値をとる。図３０に示されるように、マイクロレンズ３４_ｎ，ｍに臨界角α_１，α_２でそれぞれ入射した光線が主走査方向Ｘにおいて受光面６１ｒに到達する位置をＸ_１，Ｘ_２で表すとき、到達位置Ｘ_１，Ｘ_２は、主走査方向Ｘにおいて、それぞれ−ｆ_Ｍ×ｔａｎα_１ 及び−ｆ_Ｍ×ｔａｎα_２となる。ここで、ｆ_Ｍはマイクロレンズ３４_ｎ，ｍの焦点距離である。有効受光領域の主走査方向Ｘにおける受光幅をｈｐで表すとき、臨界角α_１，α_２は、次の関係式（８）を満足する。
ｈｐ＝ｆ_Ｍ×｜ｔａｎα_２−ｔａｎα_１｜ （８）

ロッドレンズ２１_ｎの視野半角と同じ入射角γを有する光線がマイクロレンズ３４_ｎ，ｍに入射したときに、主走査方向Ｘにおいて受光面６１ｒに到達する当該光線の位置は、ｆ_Ｍ×ｔａｎγである。このとき、次式（９）が成立する。
ｈｐ＜２×ｆ_Ｍ×ｔａｎγ （９）

上式（８），（９）から次式（１０）が導出される。
｜ｔａｎα_２−ｔａｎα_１｜＜２×ｔａｎγ （１０）

後述するように、受光画素群は、各ロッドレンズ２１_ｎを通過する主光線ごとに、有効受光領域を構成する複数の受光画素６２である主受光画素と、これら主受光画素以外の受光画素６２である副受光画素とに分類される。

画像信号処理部７０は、ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎによって形成されたＮ個の正立等倍像を表すＮ個の視野画像を構成し、当該Ｎ個の視野画像を合成して読取画像を生成する機能を有している。画像信号処理部７０は、各ロッドレンズ２１_ｎを通過する主光線ごとに、受光画素群から出力された受光信号の中から主受光画素から出力された受光信号を選択するが、副受光画素から出力された受光信号を選択しない。画像信号処理部７０は、当該選択された受光信号に基づいて、当該ロッドレンズ２１_ｎに対応するｎ番目の視野画像を構成する。

このようにロッドレンズ２１_ｎごとに主受光画素及び副受光画素を選別することにより、本実施の形態は、上記実施の形態５と実質的に同様の機能を実現することができる。すなわち、撮像部６１の受光画素群への主光線の入射位置と一致するように主受光画素が選択されることで、ロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｎ＋１間並びにロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｎ−１間での像の重畳領域に起因する被写界深度の劣化が抑制された読取画像を得ることができる。

次に、図３１及び図３２を参照しつつ、画像信号処理部７０の構成について説明する。図３１は、実施の形態６における画像信号処理部７０の構成例を概略的に示すブロック図である。図３２は、実施の形態６に係る画像処理の手順の一例を示すフローチャートである。

図３１に示されるように、画像信号処理部７０は、撮像部６１から入力された生画像信号に基づいてＮ個の視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎを構成する画像構成部７１と、隣接する視野画像Ｍ_ｉ，Ｍ_ｊ（ｊ＝ｉ＋１）間の画像マッチングを実行して視野画像Ｍ_ｉ，Ｍ_ｊ間のずれ量Ｄ（ｉ，ｊ）を検出する画像マッチング部７２と、ずれ量Ｄ（ｉ，ｊ）に基づいて視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎ間のＮ−１個の境界領域それぞれの転写倍率τ_１〜τ_Ｎ−１を推定し、転写倍率τ_１〜τ_Ｎ−１を用いて視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎの各々を拡大または縮小することにより視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎを補正する画像補正部７３と、当該補正された視野画像ＣＭ_１〜ＣＭ_Ｎを合成して合成画像を生成し、この合成画像を読取画像として出力する合成画像生成部７４とを含んで構成されている。

ここで、転写倍率τ_ｉは、視野画像Ｍ_ｉ，Ｍ_ｉ＋１間の境界領域での転写倍率を意味する。画像補正部７３は、たとえば、転写倍率τ_１〜τ_Ｎ−１を用いて視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎ−１をそれぞれ補正することができ、視野画像Ｍ_Ｎの補正には転写倍率τ_Ｎ−１を用いることができる。あるいは、画像補正部７３は、転写倍率τ_ｎ，τ_ｎ＋１の組を用いて、あるいは、転写倍率τ_１〜τ_Ｎ−１を用いて転写倍率を補間により算出してもよい。また、転写倍率の補間により、視野画像Ｍ_ｎの両端での転写倍率が互いに整合するように連続的に変化する転写倍率分布を算出し、この転写倍率分布を視野画像の補正に使用することも可能である。これにより、視野画像Ｍ_ｎ−１，Ｍ_ｎ間の転写倍率τ_ｎ−１と、視野画像Ｍ_ｎ，Ｍ_ｎ＋１間の転写倍率τ_ｎとが異なる場合でも、精度の高い転写倍率を視野画像の補正に使用することができる。

図３２を参照すると、先ず、画像構成部７１は、撮像部６１上の全ての受光画素６２，…，６２の検出出力にそれぞれ対応するディジタル受光信号の束を生画像信号として受信し、この生画像信号を内部メモリに記憶する（ステップＳＴ１）。この生画像信号は、読取対象物２の被読取面に対する１回の走査で得られる信号である。

次に、画像構成部７１は、ロッドレンズ２１_１〜２１_Ｎによってそれぞれ形成されたＮ個の正立等倍像を表すＮ個の視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎを構成する（ステップＳＴ２）。具体的には、画像構成部７１は、ｎ番目のロッドレンズ２１_ｎに対応するｎ番目の視野画像Ｍ_ｎを構成するとき、当該ロッドレンズ２１_ｎとこれに隣接するロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ＋１とに対応する３×１３個のマイクロレンズ…，３４_{ｎ−１，６}，３４_ｎ，−６，…，３４_ｎ，０，…，３４_ｎ，６，３４_{ｎ＋１，−６}，…（図２７）の直下に存在する受光画素群に着目し、この受光画素群の検出出力に対応するディジタル受光信号の中から、ロッドレンズ２１_ｎを通過した主光線について有効受光領域を構成する主受光画素の検出出力に対応するディジタル受光信号を選択する。ここで、当該主光線について有効受光領域を構成しない副受光画素の検出出力に対応するディジタル受光信号は、選択されない。そして、画像構成部７１は、当該選択されたディジタル受光信号に基づいて、視野画像Ｍ_ｎを構成する。

より具体的には、画像構成部７１は、次式（１１）で規定される行列Ｋを用いてｎ番目の視野画像Ｍ_ｎを構成することができる。

ここで、ｋ_ｓ，ｐは、行列Ｋのｓ行ｐ列目の行列要素であり、「０」または「１」のいずれか一方の値をとる。ｓは行番号、ｐは列番号である。

次式は、行列Ｋの第１の例である。

行番号ｓは、図２７に示した各受光画素６２に割り当てられている０〜５までの番号である。列番号ｐは、ロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ，２１_ｎ＋１の直下に存在するマイクロレンズ３４_{ｎ−１，−３}〜３４_{ｎ−１，６}，３４_ｎ，−６〜３４_ｎ，＋６，３４_{ｎ＋１，−６}〜３４_{ｎ＋１，３}に割り当てられている−１６〜＋１６までの番号である。すなわち、ｐ＝−６〜＋６は、ロッドレンズ２１_ｎの直下に存在するマイクロレンズ３４_ｎ，−６〜３４_ｎ，＋６に割り当てられている。ｐ＝−１６〜−７は、ロッドレンズ２１_ｎに隣接するロッドレンズ２１_ｎ−１の直下に存在するマイクロレンズ３４_{ｎ−１，−３}〜３４_{ｎ−１，６}に割り当てられ、ｐ＝＋７〜＋１６は、ロッドレンズ２１_ｎに隣接するロッドレンズ２１_ｎ＋１の直下に存在するマイクロレンズ３４_{ｎ＋１，−６}〜３４_{ｎ＋１，３}に割り当てられている。行列要素ｋ_ｓ，ｐは、ｐ番目のマイクロレンズ３４の直下に存在するｓ番目の受光画素６２に対応し、この受光画素６２の検出出力に対応するディジタル受光信号で示される画素出力値（輝度値）に重み付けされるべき係数を意味する。

なお、行列Ｋの第１の例において、係数「１」の行列要素は、主受光画素に対応し、係数「０」の行列要素は、副受光画素に対応する。たとえば、ｐ＝−２〜２及びｓ＝２，３の場合、ｐ＝３〜７及びｓ＝３，４の場合、及び、ｐ＝１２，１３及びｓ＝４，５の場合には、それぞれ、主受光画素の幅ｈｐは２画素分に相当する１４μｍとすることができる。また、ｐ＝８〜１１及びｓ＝４の場合、及び、ｐ＝１４〜１６及びｓ＝５の場合には、それぞれ、主受光画素の幅ｈｐは１画素分に相当する７μｍとすることができる。上式（８）により、制限角度範囲を求めることが可能である。

今、ｎ番目の視野画像Ｍ_ｎの輝度分布をＪ_ｎ，ｐとする。Ｊ_ｎ，ｐは、１つのｎに対し、画素番号ｐ（−１６≦ｐ≦１６）の３３個の値から構成され、次式（１２）で与えられる。

ここで、Ｉ_{ｎ，ｐ，ｓ} は、ｎ番目のロッドレンズ２１_ｎを中心に番号付けされた、マイクロレンズの番号ｐとそのマイクロレンズに属する受光画素の画素番号ｓとに対応する画素出力値を表す。ｎ番目のロッドレンズ２１_ｎの直下に存在するマイクロレンズの割り当て番号をｍ（−６≦ｍ≦６）とし、そのマイクロレンズの直下に存在する受光画素の画素番号をｓとするとき、その受光画素の出力をＵ_{ｎ，ｍ，ｓ}とする。このとき、Ｉ_{ｎ，ｐ，ｓ}は、次式（１３）で表すことができる。

なお、Ｕ_{ｎ，ｍ，ｓ}については、１つのマイクロレンズに対し１つのｍの値が対応する。Ｉ_{ｎ，ｐ，ｓ}については、１つのマイクロレンズに対し複数の｛ｎ，ｐ｝の組み合わせの値が対応する。たとえば、ｎ＝０，ｐ＝０のとき、Ｉ_{ｎ＝０，ｐ＝０，ｓ}＝Ｕ_{０．０，ｓ}である。ｎ＝１，ｐ＝−１３のとき、Ｉ_{ｎ＝１，ｐ＝−１３，ｓ}＝Ｕ_{０．０，ｓ}であり、ｎ＝−１，ｐ＝１３のときも、Ｉ_{ｎ＝−１，ｐ＝１３，ｓ}＝Ｕ_{０．０，ｓ}である。すなわち、ｎ＝０番目のロッドレンズを中心に変数ｐ（−１６≦ｐ≦１６）で番号付けがなされた場合には、１つのマイクロレンズ３４_ｎ，ｍ（ｎ＝０，ｍ＝０）が、｛ｎ＝０，ｐ＝０｝，｛ｎ＝１，ｐ＝−１３｝，｛ｎ＝−１，ｐ＝１３｝の３つの組合せに対応する。

したがって、画像構成部７１は、主走査方向Ｘに１ライン当たり３３画素の画素値Ｊ_−１６〜Ｊ_１６を有する視野画像Ｍ_ｎを構成することができる。副走査方向Ｙの画素数をＰ_ｙとすれば、視野画像Ｍ_ｎは、３３×Ｐ_ｙ画素の画素数を有する。

なお、上記構成例では、入射角α＝−９°〜＋９°の範囲は、ｐ＝−２１〜＋２１の範囲に相当する。周辺の輝度値は小さいので、行列Ｋの第１の例では、−２１≦ｐ≦−１７，１７≦ｐ≦２１での輝度値を採用しないように設定されているが、これに限定されるものではない。行列Ｋの列数が増やされてもよい。たとえば、ｐ＝−１９，−１８，−１７でのｓ＝０の行列要素の値を１とし、ｐ＝１９，１８，１７でのｓ＝５の行列要素の値を１とした行列Ｋが構成されてもよい。

また、上記行列Ｋの第１の例では、ｐ＝−１３，−１２、−７≦ｐ≦７、ｐ＝１２，１３では１の行列要素を持つｓの個数が２個であり、−１１≦ｐ≦−８、８≦ｐ≦１１では１の行列要素を持つｓの個数が１個であった。これは、隣接するロッドレンズにより形成される画像との混在を避けるためである。第１の例よりも、光量のバランスを向上させるために、行列Ｋの第２の例として次のような行列を用いてもよい。

上記ステップＳＴ２の後は、画像マッチング部７２は、隣接する視野画像Ｍ_ｉ，Ｍ_ｊ間の画像マッチングを実行して視野画像Ｍ_ｉ，Ｍ_ｊ間のずれ量Ｄ（ｉ，ｊ）を検出する（ステップＳＴ３）。具体的には、画像マッチング部７２は、隣接する視野画像Ｍ_ｉ，Ｍ_ｊの一方の画素位置を主走査方向Ｘにシフトさせて、当該隣接する視野画像Ｍ_ｉ，Ｍ_ｊが互いに一致するシフト量をずれ量Ｄ（ｉ，ｊ）として検出することができる。ここで、「視野画像Ｍ_ｉ，Ｍ_ｊが互いに一致するシフト量」とは、視野画像Ｍ_ｉ，Ｍ_ｊ間の類似度が最も高くなるシフト量を意味する。類似度は、たとえば、画像マッチングで広く使用されているＳＳＤ（Ｓｕｍ−ｏｆ−Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、ＳＡＤ（Ｓｕｍ−ｏｆ−Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）またはＮＣＣ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｃｏｆｆｉｅｃｉｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いて算出可能である。

次に、画像補正部７３は、予め用意されたルックアップテーブルを用いて、検出されたずれ量Ｄ（ｉ，ｊ）に基づき、視野画像Ｍ_ｉと視野画像Ｍ_ｊとの境界領域の転写倍率τ_ｉを推定する（ステップＳＴ４）。ルックアップテーブルには、ずれ量Ｄ（ｉ，ｊ）に対応する転写倍率τ_ｉの推定値が記憶されている。

次に、画像補正部７３は、転写倍率τ_１〜τ_Ｎ-1を用いて視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎを補正することにより補正視野画像ＣＭ_１〜ＣＭ_Ｎを生成する（ステップＳＴ５）。具体的には、画像補正部７３は、転写倍率τ_１〜τ_Ｎ-1に基づいて、視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎの各々を、当該転写倍率の逆数の倍率で拡大または縮小することによって視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎを補正することができる。視野画像の拡大または縮小の方法としては、たとえば、公知のバイリニア補間法やバイキュービック補間法などの画像拡縮技術が使用されればよい。そして、合成画像生成部７４は、補正視野画像ＣＭ_１〜ＣＭ_Ｎを合成して合成画像を生成する（ステップＳＴ６）。この合成画像は、読取画像として出力される。

次に、図３３及び図３４Ａ〜図３４Ｉを参照しつつ、上記画像処理のシミュレーション結果について説明する。図３３は、読取対象物２の表面に形成された原稿画像の一例を示す図である。図３３には、説明の便宜上、主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙが示されている。図３４Ａ〜図３４Ｉは、画像処理のシミュレーション結果を説明するための図である。図３４Ａ〜図３４Ｃは、ジャストフォーカスの場合（ΔＺ＝０）の各種画像を示し、図３４Ｄ〜図３４Ｆは、デフォーカス（ΔＺ＝＋０．６ｍｍ）の場合の各種画像を示し、図３４Ｇ〜図３４Ｉは、デフォーカス（ΔＺ＝−０．６ｍｍ）の場合の各種画像を示している。

また、図３４Ａ，図３４Ｄ及び図３４Ｇの各々は、主走査方向Ｘに３６００ｄｐｉの解像度を有する生の読取画像のサンプルである。すなわち、これら読取画像は、上式（１３）で定義した受光画素の出力Ｕ_{ｎ，ｍ，ｓ}を順番に配列して得られる画像である。図３４Ａに示されるように、Ｚ＝０のジャストフォーカスのときにはきれいな画像が得られるが、図３４Ｄ及び図３４Ｇに示されるように、ΔＺ＝０．６ｍｍまたはΔＺ＝−０．６ｍｍのときには主走査方向Ｘにぶれた画像が生じている。これらのぶれた画像が生じる原因は、３本のロッドレンズによる正立等倍像が重畳されているためである。

一方、図３４Ｂ，図３４Ｅ及び図３４Ｈの各々は、上記構成例の３本のロッドレンズ２１_ｎ−１，２１_ｎ，２１_ｎ＋１（Ｒ＝−１，０，＋１）から得られた３枚の視野画像（解像度：６００ｄｐｉ）を表している。すなわち、これら視野画像は、上記のＪ_ｎ，ｐを順番に配列して得られる画像である。説明の便宜上、視野画像間に黒色のラインが挿入されている。図３４Ｃ，図３４Ｆ及び図３４Ｉは、マイクロレンズ３４のないロッドレンズアレイ撮像系によるシミュレーション結果を示す参考図である。

図３４Ｂ，図３４Ｅ及び図３４Ｈに示される画像と、図３４Ｃ，図３４Ｆ及び図３４Ｉに示される画像とを比較すると、ΔＺ＝±０．６ｍｍのときに画像の鮮明さが顕著に異なる。図３４Ｅ及び図３４Ｈに示される視野画像の方が、図３４Ｆ及び図３４Ｉに示される画像よりも鮮明である。その理由は、図３４Ｆ及び図３４Ｉに示される画像のぼけが、隣接するロッドレンズ間で倍率の異なる画像が重畳されていることに大きく由来しているからである。たとえば、ΔＺ＝０．６ｍｍのときには、各ロッドレンズから得られる視野画像は、各ロッドレンズの光軸を中心に主走査方向Ｘに縮小された画像である。単体のロッドレンズについても画像のぼけは発生するが、この場合よりも隣接するロッドレンズ間での画像の縮小による画像ずれの方が大きい。同様に、ΔＺ＝−０．６ｍｍのときには、各ロッドレンズから得られる視野画像は、各ロッドレンズの光軸を中心に主走査方向Ｘに拡大された画像である。

本実施の形態では、各ロッドレンズにより得られた視野画像は、等倍画像になるように変換される（図３２のステップＳＴ５）。そのため、視野画像がどの程度縮小または拡大されているかを知る必要がある。なお、読取対象物２までの原稿距離が分かれば、その転写倍率を一意に決めることができる。原稿距離を知るために、別途距離センサを使用することが可能であるが、図３４Ｂ，図３４Ｅ及び図３４Ｈに示されるようなロッドレンズ毎の視野画像からも原稿距離を算出することができる。

図３５Ａと図３５Ｂは、図３４Ｂに示されるようにΔＺ＝０のときに隣接する画像を重畳せずに配列した画像からＲ＝−１とＲ＝０の視野画像を切り出し、画像マッチング処理（ステップＳＴ３）を実行して得られた結果を示す。図３５Ｂは−Ｘ方向にΔＸ０＝０．５４６ｍｍだけシフトされている。ΔＺ＝０のとき転写倍率は１であるので、ΔＸ０をマイクロレンズのピッチで割ることで得られるちょうど１３画素分（＝０．５４６／０．０４２）のシフト量が使用される。

同様に、図３５Ｃと図３５Ｄは、図３４Ｈに示されるようにΔＺ＝−０．６のときに隣接する画像を重畳せずに配列された画像からＲ＝−１とＲ＝０の視野画像を切り出し、画像マッチング処理（ステップＳＴ３）を実行して得られた結果を示す。図３５Ｄは、−Ｘ方向にΔＸ１だけシフトされた結果が示されているが、ΔＺ＜０のとき転写倍率は１より大きな拡大の値を示すので、ΔＸ１はΔＸ０よりも小さな値である。このように、転写倍率に従ってシフト量ΔＸ１は一意に定まる。ずれ量と転写倍率との間の関係は予め計算ないし測定しておくことができる。よって、シフト量ΔＸ１が分かれば、視野画像の転写倍率を得ることが可能である（ステップＳＴ４）。

画像補正部７３は、得られた転写倍率の逆数の倍率で視野画像を拡縮することで補正視野画像を得ることができる（ステップＳＴ５）。合成画像生成部７４は、これら等倍の補正視野画像を画像合成することによって、先鋭な合成画像を復元することができる（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ４〜ＳＴ６の工程がすべての視野画像について実行されれば、原稿距離が主走査方向Ｘに変化する被読取画像に対しても、鮮明な合成画像を得ることができる。また、副走査方向Ｙに対しても、ステップＳＴ４〜ＳＴ６の工程が実行されれば、鮮明な合成画像を得ることが可能である。たとえば、クシャクシャになった紙原稿あるいは、綴じ目の浮き上がった本などの読取対象物２に対しても、鮮明な合成画像を得ることができる。

以上に説明したように実施の形態６の画像読取装置１Ａでは、画像信号処理部７０は、ｎ番目のロッドレンズ２１_ｎによって形成された正立等倍像を表すｎ番目の視野画像を構成するとき、ｎ番目のロッドレンズ２１_ｎに対応するマイクロレンズ３４_ｎ，−６，…，３４_ｎ，０、…、３４_ｎ，６の底面上の複数の受光画素のうち副受光画素から出力された受光信号を使用せず、主受光画素から出力された受光信号に基づいてｎ番目の視野画像を構成する。このため、ロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｎ＋１間並びにロッドレンズ２１_ｎ，２１_ｎ−１間での正立等倍像の重畳領域に起因する被写界深度の劣化が抑制された読取画像を得ることができる。

また、画像信号処理部７０は、隣接する視野画像間の画像マッチングを実行して視野画像間のずれ量を検出し（ステップＳＴ３）、当該検出されたずれ量に対応する転写倍率を用いて視野画像を補正することができる（ステップＳＴ４，ＳＴ５）。このため、画像信号処理部７０は、極めて鮮明な合成画像を得ることができる（ステップＳＴ６）。

なお、本実施の形態では、マイクロレンズアレイ３３のマイクロレンズ３４は、図６に示したように主走査方向Ｘに非零の曲率を持つシリンドリカル形状のレンズ面を有しているが、これに限定されるものではない。このマイクロレンズアレイ３３に代えて、図１７に示したように主走査方向Ｘ及び副走査方向Ｙの双方に非零の曲率を持つレンズ面を有するマイクロレンズ３４Ａからなるマイクロレンズアレイ３３Ａが使用されてもよい。

また、本実施の形態では、結像光学系としてロッドレンズアレイ２０が使用されるが、これに限定されるものではない。ロッドレンズアレイ２０に代えて、図１８Ａ及び図１８Ｂに示されるように複数枚の屈折レンズを結像光学要素５０として有する結像光学系が使用されてもよい。

また、図２２に示されるように、光源１１は、読取対象物２に対してロッドレンズアレイ２０と同じ側に配置されている。読取対象物２の被読取面を透過し散乱された光がロッドレンズアレイ２０に入射するように、読取対象物２の反対側に他の光源が配置されてもよい。これにより、ＡＴＭに用いられる紙幣読取装置のように、透過散乱光に基づいた読取画像を生成する画像読取装置を実現することが可能となる。

実施の形態７．
次に、本発明に係る実施の形態７について説明する。図３６は、本発明に係る実施の形態７の画像読取装置に組み込まれる画像信号処理部７０Ａの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の画像読取装置の構成は、図２２、図２９の画像信号処理部７０に代えて、図３６の画像信号処理部７０Ａを備える点を除き、上記実施の形態６の画像読取装置１Ａの構成と同じである。

図３６に示される画像信号処理部７０Ａは、上記実施の形態１の画像信号処理部７０と同様に、画像構成部７１、画像マッチング部７２、画像補正部７３及び合成画像生成部７４を有している。本実施の形態の画像信号処理部７０Ａは、更に、画像マッチング部７２で推定された隣接するロッドレンズの視野画像の間のシフト量に基づいて視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎそれぞれの境界領域での原稿距離（読取対象物までの距離）を算出する距離算出部７５と、当該算出された原稿距離に基づいて読取対象物２の状態を判定する状態判定部７６とを備えている。

図３７は、実施の形態７に係る画像処理の手順の一例を示すフローチャートである。図３７を参照すると、画像構成部７１、画像マッチング部７２、画像補正部７３及び合成画像生成部７４は、上記ステップＳＴ１〜ＳＴ６を実行する。距離算出部７５は、上記ステップＳＴ３にて算出されたずれ量Ｄ（ｉ，ｉ＋１）を用いて、予め用意されたルックアップテーブルを参照し、視野画像Ｍ_１〜Ｍ_Ｎそれぞれの境界領域の原稿距離ｄ_１〜ｄ_Ｎ−１を算出する（ステップＳＴ４）。なお、ずれ量Ｄ（ｉ，ｉ＋１）と各境界領域の転写倍率τ_ｉとは一対一の関係があるので、境界領域の転写倍率τ_ｉから原稿距離ｄ_ｉを求めてもよい。

ルックアップテーブルには、ずれ量Ｄ（ｉ，ｉ＋１）に対応する原稿距離の推定値が記憶されている。これら原稿距離ｄ_１〜ｄ_Ｎ−１は、距離画像として出力される。各ロッドレンズ２１_ｎから得られる視野画像の転写倍率と原稿距離とは一対一に対応しているので、シフト量から原稿距離を算出することができる。

ここで、距離画像の主走査方向（X方向）の空間分解能は、ロッドレンズアレイ２０のピッチＰｒであり、画素のピッチよりも粗い。そこで、距離算出部７５は、内挿補間などの補間処理を実行することにより、ロッドレンズアレイ２０のピッチＰｒよりも細かい精度で原稿距離の２次元分布（Ｘ−Ｙ平面における分布）を距離画像として生成してもよい。

次に、状態判定部７６は、ステップＳＴ４で得られた原稿画像に基づき、読取対象物２の状態を判定する（ステップＳＴ８）。状態判定部７６は、たとえば、読取対象物２のテープなどの突起物もしくは傷の有無、または読取対象物２の凹凸状態の程度を判定することができる。あるいは、状態判定部７６は、その判定結果を読取対象物２の被読取面の検査結果として出力することも可能である。特に、本実施の形態は、読取対象物の表面の微小な凹凸の判別が可能であるので、読取対象物である紙幣にテープが貼られているか否かの検査をすることが可能である。また、紙幣上に形成されている凹凸を示す深凹印刷のマークをその高さとともに検知することができるので、紙幣の真贋判定に資することが大きい。

以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。

また、本発明の範囲内において、上記実施の形態１〜７の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。たとえば、上記実施の形態２と実施の形態３との組み合わせ、あるいは、上記実施の形態４と実施の形態５との組み合わせが可能である。

本発明に係る画像読取装置は、原稿などの読取対象物の表面に形成されている画像を高精細に読み取ることができるので、たとえば、複写機、イメージスキャナ、ファクシミリ機器、紙幣読取装置及び表面検査装置に使用されることに適している。本発明に係る画像読取装置が表面検査装置に適用される場合、画像読取装置は、読取対象物の表面のキズ、汚れ、欠損、色味または当該表面上の形成物の位置を検知する用途に使用可能である。

１，１Ａ 画像読取装置、２ 読取対象物、１０，１０Ａ 密着型イメージセンサ（ＣＩＳ）部、１１ 光源、１２，１２Ａ 筐体、２０ ロッドレンズアレイ、２１_１〜２１_Ｎ ロッドレンズ、３０ センサ基板、３１，３１Ｋ，６１ 撮像部、３１Ｒ 赤色ラインセンサ、３１Ｇ 緑色ラインセンサ、３１Ｂ 青色ラインセンサ、３１Ａ，３１Ｐ 周辺回路、３２ｒ，３２ｇ，３２ｂ，３２ｘ，３２ｘａ，６２ 受光画素、３３，３３Ａ マイクロレンズアレイ、３４，３４Ａ マイクロ集光レンズ、３５，３５Ａ 遮光パターン、３５ｓ 開口部、４０，４０ 画像信号処理部、５０ 結像光学要素、５１〜５４ 屈折レンズ、７０，７０Ａ 画像信号処理部，７１ 画像構成部、７２ 画像マッチング部、７３ 画像補正部、７４ 合成画像生成部、７５ 距離算出部、７６ 状態判定部、Ｘ 主走査方向、Ｙ 副走査方向。

Claims (20)

1. 予め定められた主走査方向に沿って配列され、且つ各々が読取対象物で散乱された光に基づいて正立等倍像を形成するＮ個の結像光学要素（Ｎは２以上の整数）を含む結像光学系と、
   前記Ｎ個の結像光学要素の焦点位置に前記主走査方向に沿って配置されたＰ個（ＰはＮよりも大きい整数）のマイクロ集光レンズを含むマイクロレンズアレイと、
   前記マイクロレンズアレイにより光線が集光される位置に配置され、前記Ｐ個のマイクロ集光レンズにそれぞれ対応して設けられたＰ個の受光画素またはＰ組の受光画素群を含む撮像部とを備え、
   前記各マイクロ集光レンズは、前記結像光学系から入射した光線のうち予め定められた制限角度範囲内の入射角で入射した光線を、前記制限角度範囲外の入射角で入射した光線とは異なる位置に集光させる屈折力を有し、
   前記Ｐ個の受光画素または前記Ｐ組の受光画素群は、前記Ｎ個の結像光学要素を通過した主光線のうち前記各マイクロ集光レンズに前記制限角度範囲内の入射角で入射した光線のみを受光する有効受光領域を有する
   ことを特徴とする画像読取装置。
2. 請求項１記載の画像読取装置であって、前記各マイクロ集光レンズの焦点距離がｆ_Ｍ、前記有効受光領域の前記主走査方向における受光幅がｈａ、前記各結像光学要素の前記主走査方向における視野半角がβ、前記制限角度範囲を定める制限角度がα_Ｌと表されるとき、
   α_Ｌ＝Ａｒｃｔａｎ［ｈａ／（２×ｆ_Ｍ）］＜β、
   との関係式が満たされることを特徴とする画像読取装置。
3. 請求項１または請求項２記載の画像読取装置であって、前記マイクロレンズアレイと前記撮像部との間に形成されている遮光パターンを更に備え、
   前記遮光パターンは、前記各マイクロ集光レンズに入射した光線のうち、前記制限角度範囲外の入射角で入射し且つ前記各マイクロ集光レンズによって集光された光線を遮光することを特徴とする画像読取装置。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、前記各マイクロ集光レンズの焦点距離がｆ_Ｍ、前記各結像光学要素の前記主走査方向における視野半角がβ、前記有効受光領域の前記主走査方向における受光幅がｈａ、前記各マイクロ集光レンズの前記主走査方向における配列ピッチがＰｔと表されるとき、
   ｆ_Ｍ×ｔａｎβ＜Ｐｔ−ｈａ／２、
   との関係式が満たされることを特徴とする画像読取装置。
5. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、前記各マイクロ集光レンズの焦点距離がｆ_Ｍ、前記各結像光学要素の前記主走査方向における視野半角がβ、前記Ｐ個のマイクロ集光レンズの前記主走査方向における配列ピッチがＰｔと表されるとき、
   ｆ_Ｍ×ｔａｎβ＜Ｐｔ／２、
   との関係式が満たされることを特徴とする画像読取装置。
6. 請求項３記載の画像読取装置であって、
   前記遮光パターンは、前記複数の受光画素とそれぞれ対向して形成されている複数の開口部を有し、
   前記複数の開口部は、前記各マイクロ集光レンズに入射した光線のうち前記制限角度範囲内の入射角で入射した光線のみを通過させることを特徴とする画像読取装置。
7. 請求項６記載の画像読取装置であって、
   前記Ｐ個のマイクロ集光レンズの各々は、前記主走査方向に曲率を持つシリンドリカル形状のレンズ面を有し、
   前記開口部は、前記レンズ面の頂部に沿って延びるスリットを形成していることを特徴とする画像読取装置。
8. 請求項６または請求項７記載の画像読取装置であって、
   前記各開口部の中心と、前記Ｐ個のマイクロ集光レンズのうち当該各開口部に光線を集光させるマイクロ集光レンズの光軸との間に前記主走査方向における位置ずれ量が形成されており、
   前記Ｎ個の結像光学要素のうち前記各開口部に対応する結像光学要素の光軸から当該各開口部が離れているほど、前記位置ずれ量は大きくなることを特徴とする画像読取装置。
9. 請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、前記Ｐ個のマイクロ集光レンズの各々は、前記主走査方向及び該主走査方向に直交する方向の双方に非零の曲率を持つレンズ面を有することを特徴とする画像読取装置。
10. 請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載の記載の画像読取装置であって、
    前記撮像部は、前記Ｐ個の受光画素または前記Ｐ組の受光画素群の出力信号を処理する信号処理回路を含み、
    前記信号処理回路は、前記有効受光領域以外の非受光領域に設けられていることを特徴とする画像読取装置。
11. 請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、前記結像光学系は、前記Ｎ個の結像光学要素としてＮ個のロッドレンズを含むロッドレンズアレイを有することを特徴とする画像読取装置。
12. 請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、前記結像光学系は、前記Ｎ個の結像光学要素として前記正立等倍像を形成する屈折レンズ群を有することを特徴とする画像読取装置。
13. 請求項１記載の画像読取装置であって、前記Ｎ個の結像光学要素によって形成された正立等倍像を表すＮ個の視野画像を構成し、当該Ｎ個の視野画像を合成して読取画像を生成する画像信号処理部を更に備え、
    前記画像信号処理部は、前記各結像光学要素を通過する主光線ごとに、前記Ｐ組の受光画素群から出力された受光信号の中から、前記有効受光領域を構成する複数の主受光画素から出力された受光信号を選択し、当該選択された受光信号に基づいて、前記Ｎ個の視野画像のうちの当該各結像光学要素に対応する視野画像を構成する画像構成部を含む
    ことを特徴とする画像読取装置。
14. 請求項１３記載の画像読取装置であって、
    前記画像信号処理部は、
    前記Ｎ個の視野画像のうち互いに隣接する視野画像間の画像マッチングを実行して当該隣接する視野画像間のずれ量を検出する画像マッチング部と、
    当該検出されたずれ量に基づいて前記Ｎ個の視野画像それぞれの転写倍率を推定し、前記転写倍率を用いて前記Ｎ個の視野画像の各々を拡大または縮小することにより前記Ｎ個の視野画像を補正する画像補正部と、
    当該補正されたＮ個の視野画像を合成して合成画像を生成し、前記合成画像を前記読取画像として出力する合成画像生成部と
    を含むことを特徴とする画像読取装置。
15. 請求項１４記載の画像読取装置であって、前記画像マッチング部は、当該隣接する視野画像の一方の画素位置を前記主走査方向にシフトさせて、当該隣接する視野画像が互いに一致するシフト量を前記ずれ量として検出することを特徴とする画像読取装置。
16. 請求項１３から請求項１５のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、
    前記画像補正部で推定された当該転写倍率に基づいて前記Ｎ個の視野画像それぞれの前記読取対象物までの距離を算出する距離算出部と、
    当該算出された距離に基づいて前記読取対象物の状態を判定する状態判定部と
    を更に備えることを特徴とする画像読取装置。
17. 請求項１３から請求項１６のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、前記Ｐ個のマイクロ集光レンズの各々は、前記主走査方向に曲率を持つシリンドリカル形状のレンズ面を有することを特徴とする画像読取装置。
18. 請求項１３から請求項１７のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、前記Ｐ個のマイクロ集光レンズの各々は、前記主走査方向及び該主走査方向に直交する方向の双方に非零の曲率を持つレンズ面を有することを特徴とする画像読取装置。
19. 請求項１３から請求項１８のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、前記結像光学系は、前記各結像光学要素としてロッドレンズを含むロッドレンズアレイを有することを特徴とする画像読取装置。
20. 請求項１３から請求項１９のうちのいずれか１項記載の画像読取装置であって、前記結像光学系は、前記各結像光学要素として前記正立等倍像を形成する屈折レンズ群を有することを特徴とする画像読取装置。

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