JPH02181474A - 画像読取装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、画像読取装置に関し、特に照明光源によって
画像を照射し、画像からの画像光線をレンズアレイを介
してラインセンサ上に結像させて画像情報を電気的に読
取る画像読取装置のレンズアレイの構造の小型化および
簡素化に関するものである。
画像を照射し、画像からの画像光線をレンズアレイを介
してラインセンサ上に結像させて画像情報を電気的に読
取る画像読取装置のレンズアレイの構造の小型化および
簡素化に関するものである。
［従来の技術］
複写機やファクシミリなどの事務・通信機器には、書類
や図面の原稿に表わされた画像情報を光学的に読取り電
気信号に変換して取出す画像読取装置が含まれている。
や図面の原稿に表わされた画像情報を光学的に読取り電
気信号に変換して取出す画像読取装置が含まれている。
画像読取装置には種々の方式のものが存在するが、代表
的な構成としては、光源と、光学レンズと、イメージセ
ンサとを備えている。その動作の概要は、画像情報を持
つ原稿を光源からの白色光で照明し、その反射光を光学
レンズを経てＣＣＤ （Ｃｈａ ｒｇｅ Ｃｏｕｐ
１ｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサなどのライン
センサに光学的に縮小して投影し、これを電気信号に変
換して画像情報を読取るものである。
的な構成としては、光源と、光学レンズと、イメージセ
ンサとを備えている。その動作の概要は、画像情報を持
つ原稿を光源からの白色光で照明し、その反射光を光学
レンズを経てＣＣＤ （Ｃｈａ ｒｇｅ Ｃｏｕｐ
１ｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサなどのライン
センサに光学的に縮小して投影し、これを電気信号に変
換して画像情報を読取るものである。
しかし、光学レンズとして球面レンズを用いた光学系で
は原稿と画像情報の受光面との間隔が長くなり、装置が
大型化する。これを避けるために、通常は光学系に画像
光線の光路を曲げるための反射ミラーを用いて装置の小
型化を図っている。しかし、このために反射ミラーなど
の装置が必要となり、装置が複雑化しコンパクト化の実
効が上がらないという欠点を有していた。
は原稿と画像情報の受光面との間隔が長くなり、装置が
大型化する。これを避けるために、通常は光学系に画像
光線の光路を曲げるための反射ミラーを用いて装置の小
型化を図っている。しかし、このために反射ミラーなど
の装置が必要となり、装置が複雑化しコンパクト化の実
効が上がらないという欠点を有していた。
これに対し、近年、集束性導光レンズの実用化により、
読取り光学系と等倍密谷型読取ラインセンサを一体化し
て小型化を図った画像読取装置が実用化されて、いる。
読取り光学系と等倍密谷型読取ラインセンサを一体化し
て小型化を図った画像読取装置が実用化されて、いる。
この画像読取装置について第１５図ないし第１７図を用
いて以下に説明する。
いて以下に説明する。
第１５図を参照して、本画像読取装置は光源となる発光
ダイオード１（図示せず）と、光学系を構成する分布屈
折率型レンズアレイ２と、画像情報を電気信号に変換す
る複数のＣＣＤイメージセンサからなるラインセンサ３
とを備えている。
ダイオード１（図示せず）と、光学系を構成する分布屈
折率型レンズアレイ２と、画像情報を電気信号に変換す
る複数のＣＣＤイメージセンサからなるラインセンサ３
とを備えている。
次に、第１６図を参照して、分布屈折率型レンズアレイ
２は直径が約１ｍｍの円柱形の多数の集束性レンズ素子
２ａより構成されている。複数の集束性レンズ素子２ａ
はその両側からフレーム板２ｂで挾み込まれている。フ
レーム板２ｂは集束性レンズ素子２ａとほぼ同じ熱膨張
特性を有するガラス布基材エポキシ樹脂黒色積層板（Ｆ
ＲＰ）で形成されており、熱歪の減少や強度の増加を図
っている。また、集束性レンズ素子２ａとフレーム板２
ｂとの隙間には黒色のシリコンゴム状樹脂２Ｃが充填さ
れている。そして、このシリコンゴム状樹脂２Ｃは集束
性レンズ素子２ａの周囲のフレーヤ光を除去するために
設けられている。
２は直径が約１ｍｍの円柱形の多数の集束性レンズ素子
２ａより構成されている。複数の集束性レンズ素子２ａ
はその両側からフレーム板２ｂで挾み込まれている。フ
レーム板２ｂは集束性レンズ素子２ａとほぼ同じ熱膨張
特性を有するガラス布基材エポキシ樹脂黒色積層板（Ｆ
ＲＰ）で形成されており、熱歪の減少や強度の増加を図
っている。また、集束性レンズ素子２ａとフレーム板２
ｂとの隙間には黒色のシリコンゴム状樹脂２Ｃが充填さ
れている。そして、このシリコンゴム状樹脂２Ｃは集束
性レンズ素子２ａの周囲のフレーヤ光を除去するために
設けられている。
次に、第１７図を参照して、本画像読取装置の動作につ
いて説明する。まず、発光ダイオード１から原稿４の表
面に対して照明光線が照射される。
いて説明する。まず、発光ダイオード１から原稿４の表
面に対して照明光線が照射される。
原稿４の表面で反射した画像光線は分布屈折率型レンズ
アレイ２の内部に導かれ集束される。そして、この分布
屈折率型レンズアレイ２を透過してラインセンサ３の表
面で結像する。ラインセンサ３はこの画像光線を電気信
号に変換して画像情報を読取る。
アレイ２の内部に導かれ集束される。そして、この分布
屈折率型レンズアレイ２を透過してラインセンサ３の表
面で結像する。ラインセンサ３はこの画像光線を電気信
号に変換して画像情報を読取る。
なお、この分布屈折率型レンズアレイ２を用いた光学系
の共役長ＴＣは、・ＴＣ−Ｚ＋２１１ｏの関係となり、
具体的には１５〜７０ｍｍ程度に構成される。これによ
って、従来の球面レンズに比べて原稿面と画像読取面と
の距離を短くすることができ、結果として画像読取装置
が小型化されている。
の共役長ＴＣは、・ＴＣ−Ｚ＋２１１ｏの関係となり、
具体的には１５〜７０ｍｍ程度に構成される。これによ
って、従来の球面レンズに比べて原稿面と画像読取面と
の距離を短くすることができ、結果として画像読取装置
が小型化されている。
［発明が解決しようとする課題］
ところが、分布屈折率型レンズアレイ２を用いた画像読
取装置では装置の小型化が図れる半面、分布屈折率型レ
ンズアレイ２の製造上の困難性から製造コストが上昇す
るという問題が生じた。
取装置では装置の小型化が図れる半面、分布屈折率型レ
ンズアレイ２の製造上の困難性から製造コストが上昇す
るという問題が生じた。
この原因としては、
ａ、 分布屈折率型レンズアレイ２が集束性レンズ素子
２ａ、フレーム板２ｂおよびシリコンゴム状樹脂２ｃの
３つの材料の複合体からなり、製造が複雑であること。
２ａ、フレーム板２ｂおよびシリコンゴム状樹脂２ｃの
３つの材料の複合体からなり、製造が複雑であること。
ｂ、 複数の集束性レンズ素子２ａのすべての素子につ
いて同じ屈折率分布定数を有するように均質な特性が要
求され、高度な製造精度が要求されること。
いて同じ屈折率分布定数を有するように均質な特性が要
求され、高度な製造精度が要求されること。
などである。
さらに、分布屈折率型レンズアレイ２は充填材としての
黒色のシリコンゴム状樹脂２Ｃがフレア光を除去するこ
とにより入射光の利用効率が下がるという問題をも有し
ていた。
黒色のシリコンゴム状樹脂２Ｃがフレア光を除去するこ
とにより入射光の利用効率が下がるという問題をも有し
ていた。
したがって、本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、製造性に優れ製造コストの安価な
レンズアレイを有し、かつ装置の小型化が可能な画像読
取装置を提供することを目的とする。
めになされたもので、製造性に優れ製造コストの安価な
レンズアレイを有し、かつ装置の小型化が可能な画像読
取装置を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］
請求項１に係る画像読取装置は、被写体の表面に照明光
線を照射する光源と、被写体の表面で反射した反射光を
集束して透過させ所定の位置に被写体の画像を結像させ
るレンズ体と、所定の位置に置かれ、その表面で結像し
た画像を電気信号に変換して被写体の画像を読取るイメ
ージセンサとを備えており、さらにレンズ体は、画像の
反射光が入射する入射面と出射する出射面とを有する透
明の基台と、この基台の反射光が入射する位置に形成さ
れた第１の回折素子と、基台の出射面側の反射光が出射
する位置に形成された第２の回折素子とを備えたことを
特徴とする 請求項２に係る画像読取装置は、レンズ体の基台が画像
の反射光を入射する入射面と出射する出射面と、その内
部に入射した反射光を反射する反射面とを備えたプリズ
ムで構成されている。
線を照射する光源と、被写体の表面で反射した反射光を
集束して透過させ所定の位置に被写体の画像を結像させ
るレンズ体と、所定の位置に置かれ、その表面で結像し
た画像を電気信号に変換して被写体の画像を読取るイメ
ージセンサとを備えており、さらにレンズ体は、画像の
反射光が入射する入射面と出射する出射面とを有する透
明の基台と、この基台の反射光が入射する位置に形成さ
れた第１の回折素子と、基台の出射面側の反射光が出射
する位置に形成された第２の回折素子とを備えたことを
特徴とする 請求項２に係る画像読取装置は、レンズ体の基台が画像
の反射光を入射する入射面と出射する出射面と、その内
部に入射した反射光を反射する反射面とを備えたプリズ
ムで構成されている。
請求項３に係る画像読取装置では、レンズ体の基台を構
成するプリズムの反射面に回折素子が形成される。
成するプリズムの反射面に回折素子が形成される。
また、請求項４に係る画像読取装置は、請求項１に係る
レンズ体の基台の入射面および出射面にさらに基台の内
部に入射した反射光を相互に反射させることにより反射
光を基台の内部を進行させるための反射表面領域を備え
、この反射表面領域に第３の回折素子が形成されている
。
レンズ体の基台の入射面および出射面にさらに基台の内
部に入射した反射光を相互に反射させることにより反射
光を基台の内部を進行させるための反射表面領域を備え
、この反射表面領域に第３の回折素子が形成されている
。
請求項５に係る画像読取装置では、照明光線を照射する
光源は、被写体に対してレンズ体を介して対向するレン
ズ体の基台の出射面に一体的に設けられ、かつ半導体チ
ップをパッケージに装填した発光ダイオードと、この発
光ダイオードから出射される照明光線の光路に位置する
レンズ体の基台の表面に形成された第４の回折素子とか
らなることを特徴としている。
光源は、被写体に対してレンズ体を介して対向するレン
ズ体の基台の出射面に一体的に設けられ、かつ半導体チ
ップをパッケージに装填した発光ダイオードと、この発
光ダイオードから出射される照明光線の光路に位置する
レンズ体の基台の表面に形成された第４の回折素子とか
らなることを特徴としている。
請求項６に係る画像読取装置では、請求項５に係るレン
ズ体の第４の回折素子が第１の回折素子と一体となって
いることを特徴としている。
ズ体の第４の回折素子が第１の回折素子と一体となって
いることを特徴としている。
請求項７に係る画像読取装置は、照明光線を照射する光
源が、被写体に対してレンズ体を介して対向するレンズ
体の基台の出射面に一体的に設けられた発光ダイオード
のチップと、この発光ダイオードのチップから出射され
る照明光線の光路に位置する基台の表面に形成された第
４の回折素子とから構成されることを特徴とする 請求項８に係る画像読取装置は、画像情報を電気信号に
変換するイメージセンサが、レンズ体の基台の内部に入
射した反射光が外部へ出射される位置に基台と一体的に
固定されていることを特徴としている。
源が、被写体に対してレンズ体を介して対向するレンズ
体の基台の出射面に一体的に設けられた発光ダイオード
のチップと、この発光ダイオードのチップから出射され
る照明光線の光路に位置する基台の表面に形成された第
４の回折素子とから構成されることを特徴とする 請求項８に係る画像読取装置は、画像情報を電気信号に
変換するイメージセンサが、レンズ体の基台の内部に入
射した反射光が外部へ出射される位置に基台と一体的に
固定されていることを特徴としている。
［作用］
請求項１の発明は、画像読取装置の光学系を構成するレ
ンズ体に回折素子を用いている。回折素子は、透明の基
台表面上に微細なピッチを有し等間隔でかつ曲線状の回
折格子を形成し、この回折格子による光波の回折現象を
用いてレンズ作用および光路の折曲作用を得るものであ
る。そして、光波の回折角度は格子のピッチにのみ依存
するため、比較的製造が容品であり、また複製が容易に
行なえることから大量生産に適している。そして、本発
明はこの回折素子の特徴を利用して、原稿と画像読取装
置のイメージセンサ間の距離を縮小し、装置の小型化を
図り、かつ大量生産を可能にしている。
ンズ体に回折素子を用いている。回折素子は、透明の基
台表面上に微細なピッチを有し等間隔でかつ曲線状の回
折格子を形成し、この回折格子による光波の回折現象を
用いてレンズ作用および光路の折曲作用を得るものであ
る。そして、光波の回折角度は格子のピッチにのみ依存
するため、比較的製造が容品であり、また複製が容易に
行なえることから大量生産に適している。そして、本発
明はこの回折素子の特徴を利用して、原稿と画像読取装
置のイメージセンサ間の距離を縮小し、装置の小型化を
図り、かつ大量生産を可能にしている。
請求項２の発明では、レンズ体の基台をプリズムで構成
することによりプリズムの反射現象を利用して反射光の
光路を折り曲げ、レンズ体の厚みを薄くし、装置の小型
化を達成している。
することによりプリズムの反射現象を利用して反射光の
光路を折り曲げ、レンズ体の厚みを薄くし、装置の小型
化を達成している。
さらに、請求項３の発明ではこのプリズムの反射面にさ
らに回折素子を形成することにより、反射角度の裕度を
持たせ、さらに回折素子の製造上の容易性を利用してレ
ンズ体の生産性を向上させている。
らに回折素子を形成することにより、反射角度の裕度を
持たせ、さらに回折素子の製造上の容易性を利用してレ
ンズ体の生産性を向上させている。
請求項４の発明では、基台の入射面および出射面にさら
に反射表面領域を設け、この領域を利用してレンズ体内
部に入射した光を反射して導波し、レンズ体の厚みを薄
くし、装置の小型化を達成している。
に反射表面領域を設け、この領域を利用してレンズ体内
部に入射した光を反射して導波し、レンズ体の厚みを薄
くし、装置の小型化を達成している。
請求項５の発明では、照明光線を照射するための光源と
して、パッケージに装填された発光ダイオードを用い、
これをレンズ体の一部に取付け、発光ダイオードからの
照射光を基台に形成された回折素子を介して照射するこ
とにより、発光ダイオード自身に集束レンズを備える必
要性をなくし、装置の簡素化および小型化を達成してい
る。
して、パッケージに装填された発光ダイオードを用い、
これをレンズ体の一部に取付け、発光ダイオードからの
照射光を基台に形成された回折素子を介して照射するこ
とにより、発光ダイオード自身に集束レンズを備える必
要性をなくし、装置の簡素化および小型化を達成してい
る。
さらに請求項６の発明では、この発光ダイオードの出射
光の集束用回折素子を基台に対して入射する画像反射光
のための回折素子と兼用した構造とし、構造の簡素化を
図っている。
光の集束用回折素子を基台に対して入射する画像反射光
のための回折素子と兼用した構造とし、構造の簡素化を
図っている。
さらに請求項７の発明では、光源としての発光ダイオー
ドのチップ自体を直接レンズ体の回折素子上に固定して
いる。これによって、発光ダイオードのパッケージを省
略し、さらに簡素化された構造を達成している。
ドのチップ自体を直接レンズ体の回折素子上に固定して
いる。これによって、発光ダイオードのパッケージを省
略し、さらに簡素化された構造を達成している。
請求項８の発明では、画像光線を電気信号に変換するイ
メージセンサをレンズ体の基台表面に一体的に取付ける
ことにより、装置の小型化を達成している。
メージセンサをレンズ体の基台表面に一体的に取付ける
ことにより、装置の小型化を達成している。
［実施例］
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
請求項１の発明に係る第１実施例を第１図ないし第３図
を用いて説明する。第１図は、画像読取装置の概略構造
斜視図であり、第２図は回折素子アレイ５の正面図であ
り、第３図は回折素子アレイ５を用いた画像の結像状態
を示す結像図である。
を用いて説明する。第１図は、画像読取装置の概略構造
斜視図であり、第２図は回折素子アレイ５の正面図であ
り、第３図は回折素子アレイ５を用いた画像の結像状態
を示す結像図である。
第１図を参照して、本画像読取装置は、発光ダイオード
１（図示せず）と、回折素子アレイ５およびＣＣＤイメ
ージセンサを備えたラインセンサ３とを含む。ラインセ
ンサ３は回折素子アレイ５を介して原稿４と対向する位
置に配置される。
１（図示せず）と、回折素子アレイ５およびＣＣＤイメ
ージセンサを備えたラインセンサ３とを含む。ラインセ
ンサ３は回折素子アレイ５を介して原稿４と対向する位
置に配置される。
次に第２図を参照して、回折素子アレイ５はガラスやプ
ラスチックなどの透明材料からなる直方体の基台５ａを
備えている。基台５ａの長手方向の一平面は入射面６を
構成し、さらにこの入射面６に対向する反対側の平面は
出射面７を構成する。
ラスチックなどの透明材料からなる直方体の基台５ａを
備えている。基台５ａの長手方向の一平面は入射面６を
構成し、さらにこの入射面６に対向する反対側の平面は
出射面７を構成する。
さらにこの入射面６および出射面７表面にはフレネルレ
ンズなどの回折素子８が複数個平面的に配列されて形成
されている。さらに回折索子８は入射面６および出射面
７の表面を埋め尽すように形成されている。
ンズなどの回折素子８が複数個平面的に配列されて形成
されている。さらに回折索子８は入射面６および出射面
７の表面を埋め尽すように形成されている。
次に、第３図を参照して、この回折素子アレイ５の作用
を説明する。発光ダイオードからの照射光を受けた原稿
４表面の画像情報Ｐは回折素子アレイ５の入射面６に向
かい、この入射面６に形成された回折素子８ａを透過し
て回折素子アレイ５の内部に進入する。回折素子アレイ
５の内部では画像情報Ｐの倒立実像Ｑ、を結像した後、
回折素子アレイ５の出射面７に形成された回折素子８ｂ
を透過してＱの位置に正立実像を結像する。そして、Ｑ
の位置に置かれたラインセンサ（図示せず）３によって
画像情報Ｐが光電変換されて読取られる。図において、
原稿４表面の画像情報Ｐとラインセンサ３上に結像され
る正立実像との間の距離、すなわち共役長ＴＣは、物体
側差動距離痣７、像側差動距離ｔ２および回折素子アレ
イ５の基台厚さ２の総和で表わされる。そして、物体側
および像側差動距離１１＋、ｆＬ２は、各々回折索子ア
レイ５の入射面側６あるいは出射面側７に形成された回
折素子８８％ ８ｂの格子形状によって設定される。
を説明する。発光ダイオードからの照射光を受けた原稿
４表面の画像情報Ｐは回折素子アレイ５の入射面６に向
かい、この入射面６に形成された回折素子８ａを透過し
て回折素子アレイ５の内部に進入する。回折素子アレイ
５の内部では画像情報Ｐの倒立実像Ｑ、を結像した後、
回折素子アレイ５の出射面７に形成された回折素子８ｂ
を透過してＱの位置に正立実像を結像する。そして、Ｑ
の位置に置かれたラインセンサ（図示せず）３によって
画像情報Ｐが光電変換されて読取られる。図において、
原稿４表面の画像情報Ｐとラインセンサ３上に結像され
る正立実像との間の距離、すなわち共役長ＴＣは、物体
側差動距離痣７、像側差動距離ｔ２および回折素子アレ
イ５の基台厚さ２の総和で表わされる。そして、物体側
および像側差動距離１１＋、ｆＬ２は、各々回折索子ア
レイ５の入射面側６あるいは出射面側７に形成された回
折素子８８％ ８ｂの格子形状によって設定される。
フレネルレンズなどの回折素子は、微細なピッチを有し
等間隔でかつ曲線状の格子形状を有している。そして、
その製造方法は、エレクトロンビーム直接描画法や縮小
露光法などによって格子形状が形成された型を製作した
後、この型を利用してレプリカを複製する方法が行なわ
れ、大量生産が可能である。したがって、従来の分布屈
折率型レンズアレイなどに比べて大幅なコストダウンが
可能となる。また、回折素子の回折効率は、ブレーズド
形状の回折格子を用いることによってステップ型回折素
子の２倍以上の効率を得ることができ、また不要な回折
次数の回折によるクロストーク抑制が可能となり実用上
特に問題を生じない。
等間隔でかつ曲線状の格子形状を有している。そして、
その製造方法は、エレクトロンビーム直接描画法や縮小
露光法などによって格子形状が形成された型を製作した
後、この型を利用してレプリカを複製する方法が行なわ
れ、大量生産が可能である。したがって、従来の分布屈
折率型レンズアレイなどに比べて大幅なコストダウンが
可能となる。また、回折素子の回折効率は、ブレーズド
形状の回折格子を用いることによってステップ型回折素
子の２倍以上の効率を得ることができ、また不要な回折
次数の回折によるクロストーク抑制が可能となり実用上
特に問題を生じない。
さらに、第２図を用いて示したように、回折素子８は基
台５ａの入射面６あるいは出射面７表面上の一面に隙間
なく形成される。したがって、光の利用効率は従来の分
布屈折率型レンズアレイ２に比べて向上させることがで
きる。
台５ａの入射面６あるいは出射面７表面上の一面に隙間
なく形成される。したがって、光の利用効率は従来の分
布屈折率型レンズアレイ２に比べて向上させることがで
きる。
次に請求項２の発明に係る第２の実施例の画像読取装置
について第４図および第５図を用いて説明する。本実施
例では、第１実施例に対して回折素子アレイ５の基台部
５ａにプリズム９を用いたことを特徴としている。そし
て第４図に示されるように装置全体の構成は第１の実施
例と同等のものである。第５図を参照して、本実施例に
おけるプリズム９は、入射面６と出射面７および４面の
反射面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとを備えた多角
形プリズムである。そして、このプリズム９の入射面６
および出射面７表面には回折素子８ａ、８ｂが形成され
ている。動作において、プリズム９の入射面６に形成さ
れた回折索子８ａを透過して内部に入射した画像光線は
、まずプリズム９の反射面１０ａにより光路を曲げられ
た後、さらに反射面１０ｂにより光路を曲げられ、−旦
倒立実像Ｑ、を結像する。その後さらに反射面１０Ｃ，
１ｏｄにより光路を曲げられた後、出射面７に形成され
た回折素子８ｂを透過して外部へ導かれる。そして、所
定のＱの位置に正立実像を結像する。このプリズム９を
利用した回折素子アレイ５では、プリズム９の内部で画
像光線の光路が折曲げられることによりその直線距離が
縮小化され、その結果プリズム９の厚さ２が第３図に示
された回折素子アレイ５の厚み２に比べて短くすること
ができる。これによって、回折素子アレイの共役長ＴＣ
を縮小化し装置の小型化が図れる。
について第４図および第５図を用いて説明する。本実施
例では、第１実施例に対して回折素子アレイ５の基台部
５ａにプリズム９を用いたことを特徴としている。そし
て第４図に示されるように装置全体の構成は第１の実施
例と同等のものである。第５図を参照して、本実施例に
おけるプリズム９は、入射面６と出射面７および４面の
反射面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとを備えた多角
形プリズムである。そして、このプリズム９の入射面６
および出射面７表面には回折素子８ａ、８ｂが形成され
ている。動作において、プリズム９の入射面６に形成さ
れた回折索子８ａを透過して内部に入射した画像光線は
、まずプリズム９の反射面１０ａにより光路を曲げられ
た後、さらに反射面１０ｂにより光路を曲げられ、−旦
倒立実像Ｑ、を結像する。その後さらに反射面１０Ｃ，
１ｏｄにより光路を曲げられた後、出射面７に形成され
た回折素子８ｂを透過して外部へ導かれる。そして、所
定のＱの位置に正立実像を結像する。このプリズム９を
利用した回折素子アレイ５では、プリズム９の内部で画
像光線の光路が折曲げられることによりその直線距離が
縮小化され、その結果プリズム９の厚さ２が第３図に示
された回折素子アレイ５の厚み２に比べて短くすること
ができる。これによって、回折素子アレイの共役長ＴＣ
を縮小化し装置の小型化が図れる。
第２の実施例の変形例である第・３実施例を第６図に示
す。この実施例は、第５図に示したプリズム９を利用し
た回折素子アレイ５のプリズム９の反射面１０ａ〜１０
ｄにさらに回折素子８ｃ〜８ｆを形成し、プリズムの反
射角度の精度を緩和しようとするものである。すなわち
、第５図に示したプリズム９の反射面を利用した反射現
象においては、反射面の角度誤差によって結像点Ｑの位
置が変位する。ところが、一般に回折素子を用いてホロ
グラムによる回折を利用した光束の折曲げ現象において
は、光束の回折される方向が格子のピッチにより決定さ
れ、回折素子が形成されている面の角度誤差にはほとん
ど影響されない。このような回折素子の効果によってプ
リズムの反射角の角度精度を緩和しその製造コストを低
減することができる。
す。この実施例は、第５図に示したプリズム９を利用し
た回折素子アレイ５のプリズム９の反射面１０ａ〜１０
ｄにさらに回折素子８ｃ〜８ｆを形成し、プリズムの反
射角度の精度を緩和しようとするものである。すなわち
、第５図に示したプリズム９の反射面を利用した反射現
象においては、反射面の角度誤差によって結像点Ｑの位
置が変位する。ところが、一般に回折素子を用いてホロ
グラムによる回折を利用した光束の折曲げ現象において
は、光束の回折される方向が格子のピッチにより決定さ
れ、回折素子が形成されている面の角度誤差にはほとん
ど影響されない。このような回折素子の効果によってプ
リズムの反射角の角度精度を緩和しその製造コストを低
減することができる。
また、このプリズム９の反射面に形成した回折素子８Ｃ
〜８ｆに対して、入射面６および出射面７に形成した回
折素子８ａ、８ｂと同様にレンズとしての機能を持たせ
るようにその格子形状を形成することができる。このよ
うに構成すると、プリズム９の入射面６、出射面７およ
び反射面に形成される回折素子８ａ〜８ｆの形状をさら
に量産性のあるものにすることができ、また物体側およ
び像側の作動圧１１ｆｔＬ、１２の距離を調整し得る範
囲が拡大し、画像読取装置のシステム構成に応じて作動
距離を任意に設定することが可能となる。
〜８ｆに対して、入射面６および出射面７に形成した回
折素子８ａ、８ｂと同様にレンズとしての機能を持たせ
るようにその格子形状を形成することができる。このよ
うに構成すると、プリズム９の入射面６、出射面７およ
び反射面に形成される回折素子８ａ〜８ｆの形状をさら
に量産性のあるものにすることができ、また物体側およ
び像側の作動圧１１ｆｔＬ、１２の距離を調整し得る範
囲が拡大し、画像読取装置のシステム構成に応じて作動
距離を任意に設定することが可能となる。
またさらに、第６図に示した複数の回折素子８ａ〜８ｆ
を透過させる構造は、色収差の発生を抑えることができ
る。すなわち、通常、回折素子は単一波長の光に対して
は原理的に無収差することができる。ところが、一般的
な画像読取装置では原稿の照明用光源に多波長の光を出
射する発光ダイオードを使用している。したがって、−
面の回折素子のみでは色収差が発生する。そこで、本実
施例のように二面以上の複数の回折素子で回折させるこ
とによって色収差の発生を互いに補正するように回折素
子の格子パターンを形成し、色収差のない鮮明な画像を
読取るように構成している。
を透過させる構造は、色収差の発生を抑えることができ
る。すなわち、通常、回折素子は単一波長の光に対して
は原理的に無収差することができる。ところが、一般的
な画像読取装置では原稿の照明用光源に多波長の光を出
射する発光ダイオードを使用している。したがって、−
面の回折素子のみでは色収差が発生する。そこで、本実
施例のように二面以上の複数の回折素子で回折させるこ
とによって色収差の発生を互いに補正するように回折素
子の格子パターンを形成し、色収差のない鮮明な画像を
読取るように構成している。
さらにこの作用を具体的に説明すると、たとえば２枚の
回折素子を用いた場合、第１の回折素子において波長変
化に伴う光の回折角変化が生じた場合、第２の回折素子
がこれを補正して同一の焦点に向かうように、第１およ
び第２の回折素子の格子模様をコンピュータによる数値
計算で設計することができる。この色収差の補正効果は
２枚の回折素子の組合わせに限定されず、複数の回折素
子の組合わせによって達成することができる。
回折素子を用いた場合、第１の回折素子において波長変
化に伴う光の回折角変化が生じた場合、第２の回折素子
がこれを補正して同一の焦点に向かうように、第１およ
び第２の回折素子の格子模様をコンピュータによる数値
計算で設計することができる。この色収差の補正効果は
２枚の回折素子の組合わせに限定されず、複数の回折素
子の組合わせによって達成することができる。
次に、請求項４の発明に係る第４の実施例について第７
図ないし第９図を用いて説明する。第７図は本実施例の
画像読取装置の概略構造斜視図を示している。本図に示
されるように、本実施例の基本的な装置の構成は第１図
および第４図に示された実施例と同等である。そして、
本実施例の特徴点は第８図に示された回折素子アレイ５
の回折索子８に配列形状に現われる。第８図を参照して
、回折索子アレイ５は直方体状の基台５ａを有している
。基台５ａの長手方向の一平面は画像光線の入射面６を
構成し、この入射面６と対向する対面側の平面は出射面
７（図示せず）を構成する。そして、基台５ａの入射面
６表面には複数の回折素子８が密に連なって配列された
入射用回折素子列１１と反射用回折素子列１２が形成さ
れている。
図ないし第９図を用いて説明する。第７図は本実施例の
画像読取装置の概略構造斜視図を示している。本図に示
されるように、本実施例の基本的な装置の構成は第１図
および第４図に示された実施例と同等である。そして、
本実施例の特徴点は第８図に示された回折素子アレイ５
の回折索子８に配列形状に現われる。第８図を参照して
、回折索子アレイ５は直方体状の基台５ａを有している
。基台５ａの長手方向の一平面は画像光線の入射面６を
構成し、この入射面６と対向する対面側の平面は出射面
７（図示せず）を構成する。そして、基台５ａの入射面
６表面には複数の回折素子８が密に連なって配列された
入射用回折素子列１１と反射用回折素子列１２が形成さ
れている。
また、同様に基台５ａの出射面７表面には複数の回折素
子８が連なって配列された反射用回折素子列１２および
出射用回折素子列１３（図示せず）が形成されている。
子８が連なって配列された反射用回折素子列１２および
出射用回折素子列１３（図示せず）が形成されている。
本実施例における回折素子アレイ５を用いた画像の結像
状態を第９図を用いて説明する。原稿４表面の画像情報
Ｐは発光ダイオード１からの照明光線によって照射され
、その画像光線が回折素子アレイ５の入射面６に形成さ
れた入射用回折素子列１１を構成する回折素子８ａによ
って集束されながら透過してその内部に導かれる。そし
て、基台５ａの出射面７に形成された回折素子８ｃによ
り回折され、基台５ａの入射面６側に形成された回折素
子８ｄに到達し、さらにこの回折素子８ｄにより回折さ
れて基台５ａの出射面７に形成された回折素子８ｂに到
達する。画像情報Ｐは回折素子アレイ５の基台５ａ内部
で一度倒立実像Ｑ、を結像した後、回折素子８ｂによっ
て外部に出射され所定の位置Ｑに正立実像を結像する。
状態を第９図を用いて説明する。原稿４表面の画像情報
Ｐは発光ダイオード１からの照明光線によって照射され
、その画像光線が回折素子アレイ５の入射面６に形成さ
れた入射用回折素子列１１を構成する回折素子８ａによ
って集束されながら透過してその内部に導かれる。そし
て、基台５ａの出射面７に形成された回折素子８ｃによ
り回折され、基台５ａの入射面６側に形成された回折素
子８ｄに到達し、さらにこの回折素子８ｄにより回折さ
れて基台５ａの出射面７に形成された回折素子８ｂに到
達する。画像情報Ｐは回折素子アレイ５の基台５ａ内部
で一度倒立実像Ｑ、を結像した後、回折素子８ｂによっ
て外部に出射され所定の位置Ｑに正立実像を結像する。
本実施例においては、回折索子アレイ５の入射面６およ
び出射面７に反射用の回折素子８ｃ１８ｄ等を形成する
ことにより回折素子アレイ５の内部で画像光線の光路を
折曲げ、光路の直線距離を短縮化している。これにより
、回折素子アレイ５の厚み２が縮小され、結果として回
折素子アレイ５の共役長ＴＣを短縮化することができる
。これによって装置の小型化を達成している。
び出射面７に反射用の回折素子８ｃ１８ｄ等を形成する
ことにより回折素子アレイ５の内部で画像光線の光路を
折曲げ、光路の直線距離を短縮化している。これにより
、回折素子アレイ５の厚み２が縮小され、結果として回
折素子アレイ５の共役長ＴＣを短縮化することができる
。これによって装置の小型化を達成している。
さらに、請求項５の発明に係る画像読取装置の第５の実
施例を第１０図および第１１図を用いて説明する。本実
施例の特徴点は、光源として用いられる発光ダイオード
１を回折素子アレイ５と一体的に構成したことである。
施例を第１０図および第１１図を用いて説明する。本実
施例の特徴点は、光源として用いられる発光ダイオード
１を回折素子アレイ５と一体的に構成したことである。
すなわち、第１０図および第１１図に示されるように、
回折素子アレイ５の出射面７に発光ダイオード１を接着
固定している。固定される発光ダイオード１は発光ダイ
オードの半導体チップ１ａとそのパッケージ部１ｂとか
らなる。そして、発光ダイオード１の出射方向に位置す
る回折索子アレイ５の出射面７および入射面６表面には
発光ダイオード１から出射される光線を集束するための
回折素子Ｂｅ５ｅｔが形成されている。そして、この回
折素子８ｅ１８ｆを形成したことにより、発光ダイオー
ド１のパッケージの出射位置に設けられる集光レンズを
不要にし、発光ダイオード１の構造の簡素化を図ってい
る。さらに、発光ダイオード１と回折素子アレイ５とを
一体的に構成したことにより装置の小型化を達成してい
る。
回折素子アレイ５の出射面７に発光ダイオード１を接着
固定している。固定される発光ダイオード１は発光ダイ
オードの半導体チップ１ａとそのパッケージ部１ｂとか
らなる。そして、発光ダイオード１の出射方向に位置す
る回折索子アレイ５の出射面７および入射面６表面には
発光ダイオード１から出射される光線を集束するための
回折素子Ｂｅ５ｅｔが形成されている。そして、この回
折素子８ｅ１８ｆを形成したことにより、発光ダイオー
ド１のパッケージの出射位置に設けられる集光レンズを
不要にし、発光ダイオード１の構造の簡素化を図ってい
る。さらに、発光ダイオード１と回折素子アレイ５とを
一体的に構成したことにより装置の小型化を達成してい
る。
次に、請求項６の発明に係る第６の実施例は上記の第５
の実施例の変形例である。本実施例は第１２図に示され
るように、発光ダイオード１の集光用のレンズとして使
用するために回折素子アレイ５の入射面６の表面に設け
た回折素子８ｆと画像光線の入射する位置に設けられた
回折素子８８等を一体に形成している。その動作におい
て、発光ダイオード１から照射された照明光線は回折素
子８ｅによって集束されつつ回折素子アレイ５の入射面
６側に設けられた回折索子８ａに向かって回折される。
の実施例の変形例である。本実施例は第１２図に示され
るように、発光ダイオード１の集光用のレンズとして使
用するために回折素子アレイ５の入射面６の表面に設け
た回折素子８ｆと画像光線の入射する位置に設けられた
回折素子８８等を一体に形成している。その動作におい
て、発光ダイオード１から照射された照明光線は回折素
子８ｅによって集束されつつ回折素子アレイ５の入射面
６側に設けられた回折索子８ａに向かって回折される。
発光ダイオード１からの光束は回折素子８ａの一１次回
折光と同等の光路方向であるため、画像Ｐに向かって回
折され、適度に集光された状態で画像を照明する。そし
て、この照射光によって画像Ｐから反射した画像光線は
再び回折素子８ａを透過して回折索子アレイ５の内部に
導かれる。このように回折素子８ａは画像光線を集束や
透過するためのレンズと、発光ダイオードのための集光
レンズとしての作用を兼ね備える。
折光と同等の光路方向であるため、画像Ｐに向かって回
折され、適度に集光された状態で画像を照明する。そし
て、この照射光によって画像Ｐから反射した画像光線は
再び回折素子８ａを透過して回折索子アレイ５の内部に
導かれる。このように回折素子８ａは画像光線を集束や
透過するためのレンズと、発光ダイオードのための集光
レンズとしての作用を兼ね備える。
さらに、請求項７の発明に係る第７の実施例による画像
読取装置は、上記第６の実施例の変形例であり発光ダイ
オード１の構造を簡素化したことを特徴としている。す
なわち、第１３図において、回折素子アレイ５の出射面
７の所定位置には発光ダイオード１の半導体チップ１ａ
が直接回折素子アレイ５表面に密着して固定されている
。このような構造によって発光ダイオード１のパッケー
ジを不要とし、装置の簡素化および小型化を達成してい
る。
読取装置は、上記第６の実施例の変形例であり発光ダイ
オード１の構造を簡素化したことを特徴としている。す
なわち、第１３図において、回折素子アレイ５の出射面
７の所定位置には発光ダイオード１の半導体チップ１ａ
が直接回折素子アレイ５表面に密着して固定されている
。このような構造によって発光ダイオード１のパッケー
ジを不要とし、装置の簡素化および小型化を達成してい
る。
さらに、請求項８の発明に係る第８の実施例による画像
読取装置は、上記第７の実施例に対して、ラインセンサ
３を回折索子アレイ５の出射面７に一体的に固定して形
成したことを特徴としている。
読取装置は、上記第７の実施例に対して、ラインセンサ
３を回折索子アレイ５の出射面７に一体的に固定して形
成したことを特徴としている。
すなわち、第１４図に示すように、回折索子アレイ５の
出射面７の画像光線が外部へ出射する位置にラインセン
サ３を密着固定して形成している。
出射面７の画像光線が外部へ出射する位置にラインセン
サ３を密着固定して形成している。
そして、この位置に形成されていた回折素子８ｂを省略
している。さらに、回折素子アレイ５に形成される回折
索子８ ａ ｓ ８ ｃ ｓ ８ ｄの各々のレンズ効
果を高めることにより回折素子アレイ５の出射面７に密
着固定したラインセンサ３の表面上で画像光線が結像す
るように構成されている。このような構造により、上記
実施例において存在した像側の差動距ｉ！ｆＩ Ｌ ２
を不要とすることにより回折素子アレイ５の共役長ＴＣ
を大幅に短縮し、装置の小型化を達成している。なお、
上記実施例において、回折素子はフレネルレンズ等の回
折格子またはホログラムが用いられる。
している。さらに、回折素子アレイ５に形成される回折
索子８ ａ ｓ ８ ｃ ｓ ８ ｄの各々のレンズ効
果を高めることにより回折素子アレイ５の出射面７に密
着固定したラインセンサ３の表面上で画像光線が結像す
るように構成されている。このような構造により、上記
実施例において存在した像側の差動距ｉ！ｆＩ Ｌ ２
を不要とすることにより回折素子アレイ５の共役長ＴＣ
を大幅に短縮し、装置の小型化を達成している。なお、
上記実施例において、回折素子はフレネルレンズ等の回
折格子またはホログラムが用いられる。
〔発明の効果］
このように、請求項１ないし請求項８に係る発明におい
ては、画像読取装置のレンズ体をその基台の入射面側と
出射面側とに回折素子を形成して構成したので、レプリ
カ製造技術などを用いた大量生産が可能で安価な画像読
取装置を実現することができる。
ては、画像読取装置のレンズ体をその基台の入射面側と
出射面側とに回折素子を形成して構成したので、レプリ
カ製造技術などを用いた大量生産が可能で安価な画像読
取装置を実現することができる。
また、請求項２、請求項３、請求項４の発明においては
、画像光線をレンズ体の内部で折曲げることによってそ
の光路を短縮化し得るように構成したので、−レンズ体
の厚さを薄くし光学系の光路を短くすることによって装
置の小型化を実現することができる。
、画像光線をレンズ体の内部で折曲げることによってそ
の光路を短縮化し得るように構成したので、−レンズ体
の厚さを薄くし光学系の光路を短くすることによって装
置の小型化を実現することができる。
また、請求項６ないし８の発明においては、画像読取装
置のレンズ体と光源あるいはイメージセンサとを一体に
構成したので、装置の簡素化および小型化を実現するこ
とができる。
置のレンズ体と光源あるいはイメージセンサとを一体に
構成したので、装置の簡素化および小型化を実現するこ
とができる。
第１図は、請求項１の発明に係る第１実施例による画像
読取装置の概略構造斜視図である。第２図は、第１の実
施例の画像読取装置に用いられる回折素子アレイの平面
図である。第３図は、第１図に示した画像読取装置の画
像光線の結像状態を説明するための結像図である。 第４図は、請求項２の発明による第２実施例の画像読取
装置の概略構成斜視図である。第５図は、ｍ２実施例の
画像読取装置に用いられる回折素子アレイ５によって結
像される画像光線の結像図である。 第６図は、第２実施例の変形例の第３実施例を示す画像
読取装置に用いられる回折素子アレイ５によって結像さ
れる画像光線の結像図である。 第７図は、請求項４の発明による第４の実施例の画像読
取装置の概略構造斜視図である。第８図は、第４実施例
に用いられる回折素子アレイの平面図である。第９図は
、第４実施例の画像読取装置の画像光線の結像状態を説
明するための結像図である。 第１０図は、請求項５による発明の第５実施例の画像読
取装置の概略構造斜視図である。第１１図は、第５実施
例に用いられる回折素子アレイの画像光線の結像状態を
説明するための結像図である。 第１２図は、請求項６の発明による第６実施例の画像読
取装置の回折素子アレイの画像光線の結像状態を説明す
るための結像図である。 第１３図は、請求項７の発明による第７実施例の画像読
取装置の回折素子アレイの画像光線の結像状態を説明す
るための結像図である。 第１４図は、請求項８の発明による第８実施例の画像読
取装置の回折索子アレイの結像状態を説明するための結
像図である。 第１５図は、従来の画像読取装置の概略構造斜視図であ
る。第１６図は、従来の画像読取装置に用いられる分布
屈折率型レンズアレイの正面図である。第１７図は、従
来の画像読取装置の動作を説明するための概略断面構造
図である。 図において、１は発光ダイオード、１ａは発光ダイオー
ドのチップ、１ｂはパッケージ、３はラインセンサ、４
は原稿、５は回折索子アレイ、５ａは回折素子アレイの
基台、６は回折素子アレイの入射面、７は回折索子アレ
イ５の出射面、８は回折素子、９はプリズムを示してい
る。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 第７図 ｑ ： ７１／ズム 第１０図 ８１４図 簗ＩＳ＠ 第１７図 第１６図
読取装置の概略構造斜視図である。第２図は、第１の実
施例の画像読取装置に用いられる回折素子アレイの平面
図である。第３図は、第１図に示した画像読取装置の画
像光線の結像状態を説明するための結像図である。 第４図は、請求項２の発明による第２実施例の画像読取
装置の概略構成斜視図である。第５図は、ｍ２実施例の
画像読取装置に用いられる回折素子アレイ５によって結
像される画像光線の結像図である。 第６図は、第２実施例の変形例の第３実施例を示す画像
読取装置に用いられる回折素子アレイ５によって結像さ
れる画像光線の結像図である。 第７図は、請求項４の発明による第４の実施例の画像読
取装置の概略構造斜視図である。第８図は、第４実施例
に用いられる回折素子アレイの平面図である。第９図は
、第４実施例の画像読取装置の画像光線の結像状態を説
明するための結像図である。 第１０図は、請求項５による発明の第５実施例の画像読
取装置の概略構造斜視図である。第１１図は、第５実施
例に用いられる回折素子アレイの画像光線の結像状態を
説明するための結像図である。 第１２図は、請求項６の発明による第６実施例の画像読
取装置の回折素子アレイの画像光線の結像状態を説明す
るための結像図である。 第１３図は、請求項７の発明による第７実施例の画像読
取装置の回折素子アレイの画像光線の結像状態を説明す
るための結像図である。 第１４図は、請求項８の発明による第８実施例の画像読
取装置の回折索子アレイの結像状態を説明するための結
像図である。 第１５図は、従来の画像読取装置の概略構造斜視図であ
る。第１６図は、従来の画像読取装置に用いられる分布
屈折率型レンズアレイの正面図である。第１７図は、従
来の画像読取装置の動作を説明するための概略断面構造
図である。 図において、１は発光ダイオード、１ａは発光ダイオー
ドのチップ、１ｂはパッケージ、３はラインセンサ、４
は原稿、５は回折索子アレイ、５ａは回折素子アレイの
基台、６は回折素子アレイの入射面、７は回折索子アレ
イ５の出射面、８は回折素子、９はプリズムを示してい
る。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図 第７図 ｑ ： ７１／ズム 第１０図 ８１４図 簗ＩＳ＠ 第１７図 第１６図
Claims (8)
- （１）被写体の表面に照明光線を照射する光源と、 前記被写体の表面で反射した反射光を集束して透過させ
所定の位置に前記被写体の画像を結像させるレンズ体と
、 前記所定の位置に置かれ、その表面で結像した前記画像
を電気信号に変換して前記被写体の画像を読取るイメー
ジセンサとを備えた画像読取装置において、 前記レンズ体は、 前記反射光が入射する入射面と出射する出射面とを有す
る透明の基台と、 前記基台の入射面側の前記反射光が入射する位置に形成
された第１の回折素子と、 前記基台の出射面側の前記反射光が出射する位置に形成
された第２の回折素子とを備えたことを特徴とする、画
像読取装置。 - （２）前記レンズ体の前記基台が、前記入射面と前記出
射面とその内部に入射した前記反射光を反射する反射面
とを備えたプリズムで構成される、請求項１記載の画像
読取装置。 - （３）前記プリズムの前記反射面には回折素子が形成さ
れる、請求項２記載の画像読取装置。 - （４）前記基台の入射面および出射面は、さらに前記基
台の内部に入射した前記反射光を相互に反射させること
により前記反射光を前記基台の内部に沿つて進行させる
ための反射領域を備え、この反射領域に第３の回折素子
が形成される、請求項１記載の画像読取装置。 - （５）前記光源は、 前記被写体に対して前記レンズ体を介して対向する前記
レンズ体の基台の出射面に一体的に設けられ、半導体チ
ップをパッケージに装填した発光ダイオードと、 前記発光ダイオードから出射される照明光線の光路に位
置する前記基台の表面に形成された第４の回折素子とか
らなる、請求項１記載の画像読取装置。 - （６）前記第１の回折素子は前記第４の回折素子を兼ね
備える、請求項５記載の画像読取装置。 - （７）前記光源は、 前記被写体に対して前記レンズ体を介して対向する前記
レンズ体の前記基台の前記出射面に一体的に設けられた
発光ダイオードのチップと、前記発光ダイオードのチッ
プから出射される照明光線の光路に位置する前記基台の
表面に形成された第４の回折素子とからなる、請求項１
記載の画像読取装置。 - （８）前記イメージセンサは、前記レンズ体の基台の内
部に入射した前記反射光が外部へ出射する位置に、前記
基台と一体的に固定される、請求項１記載の画像読取装
置。
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1990
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- 1990-01-03 EP EP90100101A patent/EP0377454B1/en not_active Expired - Lifetime
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