JPH0221714B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一列の情報として読み取られるべき
原稿画像情報を、複数の結像系で分担して読み取
らせる方式の原稿読取装置であり、一般にフアク
シミリ等の読取り系として広く汎用可能な読取装
置に関するものである。

従来フアクシミリ等の原稿読取装置は第１図な
いし第２図に示す様なものであつた。第１図にお
いて、１は原稿、２は原稿照明用の蛍光灯、３は
レンズ、４はCCD等の固体センサーである。原
稿１を蛍光灯２で照明し、レンズ３でその像を固
体センサー４上に作り１ラインを読み、原稿を矢
印方向に搬送していくことによつて原稿全面の情
報を順次読み取つていくというものである。しか
し、このような装置においては、レンズ３の画角
に上限がある為、原稿１とセンサー４との距離を
大きく取らざるを得ず、その結果ミラー等を用い
て光路を折り返すなどをしても装置が大型化して
しまうという欠点があつた。また原稿の中心部に
対して、周辺部からの光量が低下し、均一な出力
が得られず種々の補正手段を構じなければならな
かつた。これらの問題点を解決する方法として考
えられた構成が第２図に示す例である。すなわ
ち、第２図に示すように、結像光学系を複数のレ
ンズが並設された複眼光学系で構成し、かつそれ
ぞれのレンズに対応する複数の固体撮像素子を配
設して原稿の１つの方向を複数の領域に分割した
それぞれを各レンズ及び各固体撮像素子で分担し
て読み取らせる方法である。第２図について更に
詳しく説明をする。第２図に於いて５は原稿、６
_１，６₂，６₃は原稿に描かれた書画等の画像情報
の一部である。７₁，７₂，７₃はレンズ、８₁，８
_２，８₃は原稿の書画の一部６₁，６₂，６₃のそれぞ
れの像である。９₁，９₂，９₃は固体センサー、
１０₁−１，１０₁−２，……，１０₁−ｎ，１０₂
−１，１０₂−２，……，１０₂−ｎ，１０₃−１，
１０₃−２，……，１０₃−ｎは固体センサー９₁，
９₂，９₃の１ビツトずつの光量変換部を示す。こ
の読取装置の動作は以下のようになつている。即
ち、原稿５は紙面と垂直方向に搬送されており、
多数のレンズ７₁，７₂，７₃……及び固体センサ
ー９₁，９₂，９₃……などの配列方向が主走査方
向になる。レンズ７₁，７₂，７₃はそれぞれ原稿
上の書画６₁，６₂，６₃の縮小像８₁，８₂，８₃を
固体センサー９₁，９₂，９₃上に作る。像８₁，８
_２，８₃は倒立像であるため固体センサー９₁，９
_２，９₃の各ビツトの出力を端から１０₁−１，１
０₁−２，……，１０₁−ｎ，１０₂−１，１０₂−
２，……，１０₂−ｎ，１０₃−１，１０₃−２，
……，１０₃−ｎという順で並べても元の原稿の
書画の正しい順序にはならない。従つて、例えば
各ビツトの出力を１０₁−ｎ……，１０₁−２，１
０₁−１，１０₂−ｎ，……，１０₂−２，１０₂−
１，１０₃−ｎ，……１０₃−２，１０₃−１とい
う順序でとり出す必要がある。あるいは端から順
に出力を取り出し、いつたんメモリーに格納して
から正しい順序で取り出す必要がある。あるいは
記録系のヘツドがマルチヘツドの場合には１つの
固体センサーの各ビツトとその固体センサーに対
応する記録ヘツド部の各ビツトとの対応をそれぞ
れが逆転した関係でとることにより、固体センサ
ーの読取信号を端から順にあるいは並列に記録系
に送つて記録を行ない、正しい記録がなされる。
すなわち、記録ヘツドの原稿の６₁に対する部分
の各ビツトがちようど原稿の６₁の部分とその像
８₁と同じ幾可学的関係で固体センサーの各ビツ
トと関係づけられている。固体センサー９₂，９₃
と対応する記録ヘツド部の関係に関しても同様で
ある。

それぞれの固体センサーは原稿の所定の領域の
画像情報のみを読みとらなければならないわけで
あるが、同時に他の領域の情報を読むことを避け
るために遮光手段１１₁，１１₂，１１₃，１１₄…
…が設けられている。例えば、遮光手段１１₂に
よつて画像の一部である６₃からの光束１２は遮
ぎられ、従つて固体センサー９₁の光電変換出力
は原稿の書画の一部６₁のみを読み取つた正しい
信号となる。又、各固体センサーの長さについて
言えば、高い分解能で読み取るためには光電変換
部列の長さが各部分画（例えば６₁）の長さと等
しい、即ちレンズ７₁，７₂，７₃……が等倍系で
あることが望ましいが、各固体センサー自体の構
成においては、光電変換部外に非変換領域があつ
たり、遮光手段を設けたりする関係上各レンズは
一搬に等倍系でなく縮小結像となつている。とこ
ろで、第２図に示したような複数のレンズ系によ
る結像系の位置精度について考える。結像レンズ
（例えば７₁）が光軸に垂直な方向へ△だけ平行偏
心をしたとき、レンズの結像倍率をβとすると、
特定の固定センサーと結像関係を持つ原稿面上
の、視野の光軸に垂直な方向への移動量δは次の
関係にある。

δ＝△（１−１／β） …… ここにβ＞０のとき正立結像、β＜０のとき倒
立結像である。

特定の固体センサーと結像関係を持つ原稿面上
の視野が光軸に垂直な方向に移動するということ
は、固体センサー９₁，９₂，９₃……によつて得
られた像と原稿との対応関係がずれ、最終的に得
られた画像は、固体センサー９₁，９₂，９₃……
の継ぎ目において跳びやダブリが生じる。そのた
め原稿面上の視野の移動量δは固体センサーの１
ビツトの大きさに対して決まる或る一定量より小
さくすることが望まれる。

例えば、固体センサーの１ビツトの大きさ相当
の原稿面上の大きさを83.3μ×１／βとすると、原稿 面上の視野の移動量δを１ビツトの1/4以下相当
の原稿面上での大きさ即ち20.8μ×１／β以下にする ためには、結像倍率β＝−0.8（×0.8の倒立縮小
結像）として、δ＝△（１＋１／0.8）≦26.0すなわ ち、結像レンズ（例えば７₁）の光軸に垂直な方
向への平行偏心量△は11.55μ以下でなければなら
ない。同様に、固体センサーの１ビツトの大きさ
相当の原稿面上での大きさを125μ×１／βとする と、原稿面上の視野の移動量δを１ビツトの1/4
以下相当の原稿面上での大きさ即ち31.25μ×１／β 以下にするためには、0.8倍の倒立縮小結像とし
て、δ＝△（１＋１／0.8≦39.06μすなわち、レンズ の平行偏心量△は17.4μ以下でなければならない。
以上よりわかるように、実用レヴエルでのビツト
の大きさに対して、原稿の像に跳びやダブリがな
い正確な画像情報を得るためには、複数個のレン
ズ系の各々のレンズの、光軸に垂直な方向への平
行偏心量△を10μ〜20μ以下に抑えなければなら
ない。しかるに、結像レンズ７₁，７₂，７₃……
をガラスのような温度、湿度に対して比較的安定
した材料で製作する場合には、個々のレンズを
別々に製作したのち組み込まなければならず、組
み込みに際して固体センサー９₁，９₂，９₃……
に対する位置合せを10μ〜20μの高精度で行なう
ことは、レンズの個数が多いだけに多くの手間を
要し量産性を阻害する要因となる。また、結像レ
ンズ７₁，７₂，７₃……を、アクリルのようなプ
ラスチツクでモールド化し、複数のレンズを一体
化するとすれば、固体センサー９₁，９₂，９₃…
…に対する組み込み時の位置合せの手間は大幅に
短縮される反面、アクリルのようなモールド化可
能な光学用プラスチツクは温度、湿度といつた環
境条件に対して寸法あるいは屈折率の面で変化が
大きいため、前に示したような平行偏心精度を
10μ〜20μ以下に抑えることは困難である。例え
ば、熱によるアクリルの膨張についてみると、熱
線膨張係数は〜６×10^-5cm／cm／℃であるから、
長さ200mmのアクリルの線膨張量は、温度変化量
を40゜（例えば20℃±20゜）とすると、480μｍとな
る。これに対し、固体センサーの基板となるシリ
コン（Si）やガラス（SiO₂）などの熱線膨張係
数はアクリルに比べて約１桁小さいため、線膨張
量は上記アクリルの場合と同一条件下において
は、数十μｍとなり、アクリルによつて複眼レン
ズを１体化した場合にはセンサーに対するレンズ
の平行偏心量は最大数百μｍに及び実用化が困難
である。

本発明は以上に述べたような、センサーと結像
系の厳しい位置合せ精度を満足し、シグナル対ノ
イズ比（Ｓ／Ｎ比）の優れた、かつ量産性に適し
たコンパクトな読取装置を提供するものである。

本発明に係る読取装置に於いては、原稿の像を
所定の領域ごとに分割して形成する結像系とし
て、共通の基板上に設けられた複数のゾーンプレ
ートの列より成る複眼結像系を用い、該ゾーンプ
レートを用いることにより発生する従来の複眼光
学系とは異なるノイズ光束を有効に遮弊する手段
を備えることにより上記目的を達成せんとするも
のである。即ち、その画像情報が読取られる原稿
面を複数の区域に分割し、この分割した各区域の
画像情報をセンサーで読取る読取装置に於いて、
前記原稿面の各区域に対応して共通の基板上に
各々ゾーンプレートが配されており、該ゾーンプ
レートにより前記分割された各々の原稿面の情報
をセンサー上に結像する。更に、各々のゾーンプ
レートに、各々のゾーンプレートが結像すべき原
稿面の領域以外の領域からの光束が入射しない様
に、原稿面とゾーンプレートの間に第１の遮光手
段を設け、又、ゾーンプレートで回折される光束
の内、センサーで検出すべき前記所定の回折光以
外の回折光が前記センサーに入射するのを防ぐ為
に、ゾーンプレートとセンサーの間に第２の遮光
手段を設けたものである。

以下、図面を用いて本発明を詳述する際、フレ
ネルタイプのゾーンプレートを用いて説明する
が、本発明はガボアータイプのゾーンプレートで
も良いことは言うまでもない。

第３図は、本発明の読取装置に結像系として適
用したゾーンプレートを説明する為の図である。
第３図に於いて、１３は原稿、１４₁，１４₂，１
４₃は原稿に描かれた書画の一部、１５₁，１５₂，
１５₃は所謂ゾーンプレートと称せられる結像光
学系、１６₁，１６₂，１６₃は原稿の書画の一部
１４₁，１４₂，１４₃のそれぞれの像、１７₁，１
７₂，１７₃はアモルフアス・シリコンなどで代表
される薄膜センサーであり、１８と１９はいずれ
もガラスのような光学的透明媒体である。

薄膜センサーは透明基板１９の上に設けられて
おり、ゾーンプレートは透明基板１８の上に設け
られている。第４図ａはゾーンプレートの拡大図
であり、透明基板１８の上にCrの金属膜２１が
設けられた様子を示している。第４図ｂは、第４
図ａを光軸２２方向から見た図を示す。よく知ら
れているようにフレネル（あるいはソーレー）の
ゾーンプレートはレンズと同じように結像作用が
あり、第４図ａ，ｂで示すように光が透過する輸
帯と不透明な輸帯を交互に設け、rmとrm＋１
（ｍ＝１，２，３……）を半径とする輸帯の寸法
を、rm＝√×＋で与えれば、焦点距離ｆ
を持つレンズと同様の結像作用をもたらす。ここ
にλは光の波長である。第４図における各輸帯に
よつて回折される１次の回折光が焦点距離ｆの結
像作用をもたらす。ゾーンプレートは通常、所謂
色収差を少なくするために単色光あるいは準単色
光の光を用いる場合が多い。第４図ａおよびｂは
ｍ＝10の場合の例について示してあり、光を遮蔽
するための不透明膜２１はCr等の金属膜を蒸着
することによつて得られる。ここで例えば、焦点
距離ｆ＝10mm、光の波長をλ＝546.07nm（単色
光）とし、輸帯の数ｍ＝200とした場合について
考える。このとき最小円の半径はr₁＝0.07389mm
であり、最も外側の輸帯の半径はr₂₀₀＝1.04499mm
あるいはr₁₉₉＝1.020966mmとなる。即ち、最も外
側の輸帯の幅はr₂₀₀−r₁₉₉より2.4μである。このよ
うな輸帯状に不透明膜を設ける方法は、ICの製
作工程の一工程としてよく知られているフオトエ
ツチングにより可能であり、基板１８の上に高精
度に多くのゾーンプレートを１度に設けることが
できる。一方、例えばアモルフアスシリコンなど
で代表される薄膜センサー１７₁，１７₂，１７₃
……もゾーンプレートと同様のフオトエツチング
の手法によつて透明基板１９の上に、所望のパタ
ーンで一体化して設けられており、薄膜センサー
１７₁，１７₂，１７₃……とゾーンプレート１５
_１，１５₂，１５₃……の位置合せを10μ〜20μ以下
で行なうためには例えば薄膜センサー１７₁，１
７₂，１７₃……が設けられている透明基板１９の
上、および、ゾーンプレート１５₁，１５₂，１５
_３……が設けられている透明基板１８の上に同一
マスクから得られた位置合せのための基準パター
ンをフオトエツチングの手法により設けておけば
よい。これによつて、個々のセンサーに対し、
個々の結像素子を調整することが不要となり、一
体化されたセンサーに対して、一体化された結像
系を高い精度（例えば数μ以下）で位置合せする
ことが比較的容易に達成することができる。ま
た、結像系と、センサー双方の基板はガラスなど
の耐環境性に優れている材料から成り、更に結像
系とセンサー双方の基板が同一の材料の場合は熱
的な膨張量がセンサー、結像系双方とも等しいた
め温度変化による伸縮が０ですなわち、結像系と
センサー間の位置のズレは０となる。仮に、同一
種類のガラスでなくとも、熱的に膨張率がわずか
なものを選定すれば、温度変化による伸縮で結像
系とセンサー間の位置のズレを要求される精度
（例えば20μ以下）におさえることができる。

第４図ａ，ｂに示した例は、中心からの輸帯に
ついて交互に不透明と透明域を設けた例であつ
た。これは所謂振幅型ゾーンプレートと称せら
れ、よく知られている。この場合、最小円の部分
が不透明な例を示したが、一般には最小円の部分
が透明であつて、外側へ順に不透明、透明を交互
に繰り返すものでもよい。また、ゾーンプレート
は、第５図ａ，ｂで示すように、全域で光を透過
するものの、中心からの輸帯について、交互に位
相がλ／２（λ：光の波長）だけ多くなるような
透明膜２４が設けられている場合であつてもよ
い。これは所謂位相型ゾーンプレートと称せられ
よく知られている。第５図ａにおいて、位相ずれ
を与える透明膜２４の屈折率をnpとし、その厚
みをdpとする（np−１）dp＝λ／２（λ：光の波
長）である。透明膜２４の上に設けられた不透明
膜２３はCrのような金属膜である。これはゾー
ンプレートの側の面は結像に寄与しない無効な領
域であるため、原稿から来る迷光を遮断する目的
をもつている。

以上述べたように、第４図ａ，ｂおよび第５図
ａ，ｂで示されるようなゾーンプレートを、結像
系１５₁，１５₂，１５₃……として使用すれば、
センサー１７₁，１７₂，１７₃……と結像系１５
_１，１５₂，１５₃……の厳しい位置合せ精度を満
足し、かつ量産性に適したコンパクトな原稿読取
装置を提供することができる。尚、第３図に於
て、２０₁，２０₂，２０₃，２０₄は結像系１５₂以
外の結像系によつて、例えば隣りの結像系１５₁，
１５₃を介して原稿の他の領域から光束がセンサ
ー１６₂に入射してくる怖れがあるため、これを
除く目的をもつた遮光手段である。然しながら、
本願では結像系にゾーンプレートを用いている為
に、第２図に示す光学系とは異なつたノイズ光を
生じるもので、この様子を第６図を用いて説明す
る。

第６図に、ゾーンプレートを複眼として用いた
場合、物体２６₁，２６₂，２６₃からの光がゾー
ンプレート２７₁，２７₂，２７₃に入つた後、セ
ンサー２８₁，２８₂，２８₃面上で結像にあずか
る回折光と、ノイズ成分となる回折光の様子を示
してある。ゾーンプレートの場合、像２９₁，２
９₂，２９₃を得るために利用される回折光は、第
６図に示すように＋１次光であり、０次光（直進
する光）及び、他の回折光、すなわち−１次光、
±３次光、etcは像面上ではノイズ成分となり、
像のコントラストの低下をもたらす。例えば第６
図に示すように、隣りのセンサー群に迷光として
入ることになり好ましくない。本発明は、所望の
＋１次の回折光以外の回折光によつてもたらされ
る像のコントラストの低下を防ぐものであり、以
下、その実施例について示す。

第７図は本発明の１実施例を示す読取装置であ
る。第７図において、３０は原稿紙、３１₁，３
１₂，３１₃は読取られるべき原稿、３３₁〜３３₃
はガラス基板３４上に設けられたゾーンプレート
で、３２₁〜３２₄および３５₁〜３５₄は遮光板、
３７₁〜３７₃は原稿の像である。第７図に示す例
は、第３図で示したような、原稿の所定の領域外
の部分から隣りのゾーンプレートを通つてガラス
基板３６上に設けられたセンサー３８₁，３８₂，
３８₃に入る光を遮光する手段３２₁〜３２₄と、
第６図で説明したように、入射光束３９のゾーン
プレートによる回折光のうち結像に用いる回折光
４０以外の回折光４１，４２，４３の内、センサ
ーに入射する回折光４１，４２を遮光する手段３
５₁〜３５₄がそれぞれ設けられている。

このように本発明は、原稿の所定の領域外の部
分から隣りのゾーンプレートを通つてセンサーに
入る光を遮光する手段と、ゾーンプレートによる
回折光のうち結像にあずかる回折光以外の回折光
（０次の直進光も含む）を遮光する手段がそれぞ
れ別の手段で達成され、かつ双方の手段が設けら
れており、コンパクトでかつ高コントラストの原
稿読取装置である。

第８図に本発明の読取装置の他の実施例を示
す。第８図はゾーンプレート４７₁，４７₂，４７
_３の設けられた基板４８とセンサー５４₁，５４₂，
５４₃の設けられた基板５１に遮光用の切り溝４
９₁〜４９₄，５２₁〜５２₄を設け、両方の基板を
接着剤５０によつて接合した場合である。基板に
設ける遮光用の切り溝は、基板の厚さに応じ、ゾ
ーンプレートあるいはセンサーどちらかの基板の
うち片方のみであつてもよい。４６₁〜４６₄が、
原稿５５の所定の領域５６₁，５６₂，５６₃外の
部分から隣りのゾーンプレートを通つてセンサー
に入る光を遮光する手段である。第９図に示す読
取装置の実施例は、第８図の実施例の構成におい
て、ゾーンプレートの基板とセンサーの基板とが
接合されていない場合である。尚、第９図に於い
て、第８図に示す付番と同じ番号のものは、同じ
部材を示す。第９図に示す実施例においては、双
方の基板の間隔は小さいことが望ましい。

第１０図に本発明の読取装置の他の実施例を示
す。第１０図において、６９，７２，７５はそれ
ぞれゾーンプレート６８₁，６８₂，６８₃の設け
られている基板６９、遮光用マスク７１₁〜７１₄
および７４₁〜７４₄が薄膜状に（例えば金属蒸着
膜）設けられている基板７２、およびセンサー７
７₁〜７７₃の基板７５であり、この３個の基板は
お互いに、接着剤７０および７３によつて接合さ
れ一体化されている。７６₁，７６₂，７６₃はセ
ンサー上に形成される原稿の所定の領域６６₁，
６６₂，６６₃の像である。遮光板６７₁〜６７₄
は、原稿６５の所定の領域６６₁，６６₂，６６₃
外の部分から隣りのゾーンプレートを通つてセン
サーに入る光を遮光する手段であり、遮光マスク
７１₁〜７１₄および７４₁〜７４₄は、ゾーンプレ
ートによる回折光のうち、結像に用いる回折光以
外の回折光（いわゆる０次光成分といわれる直進
成分の光をも含む）を遮光する手段である。ゾー
ンプレートと遮光マスク７１₁〜７１₄および７４
_１〜７４₄と、センサー７７₁〜７７₄のお互いの位
置合せは、ゾーンプレート、遮光マスクおよびセ
ンサーがいずれも薄膜から成つている場合につい
て言えば、それぞれをパターニングするために用
いられるフオトマスクにあらかじめ位置決め用の
パターンを設けておいて、フエトエツチングし接
着時に位置合せ操作を行なえばよい。

第１１図に示す読取装置の実施例は、第１０図
の例において、ゾーンプレートの設けられている
基板、遮光マスクの設けられている基板、センサ
ーの設けられている基板がお互いに分離されてい
る場合である。

第１０図および第１１図において、遮光マスク
はゾーンプレートの基板の上あるいはセンサーの
基板の上に設けられていてもよい。また、遮光マ
スクの数は、第１０図および第１１図の場合、結
像系の光軸方向について２ケ並んでいるが、一般
には何ケであつてもよく、所望の遮光の目的が十
分達成されるように配置も考慮すればよい。尚、
遮光板の光軸方向に直角方向のアライメント誤差
は、ゾーンプレートとセンサの間のアライメント
誤差10μ〜20μよりも約１桁程度荒くてよい。以
上示した実施例において、ゾーンプレート、セン
サー、遮光マスクの設けられる各基板はガラスに
限定されるものでなく、線膨張係数が同程度の透
明な材料であれば使用可能である。またセンサー
は一般にはアモルフアスシリコンのような薄膜セ
ンサーに限らず、CCDのような固体センサー等
であつてもよい。センサー配列も１次元センサー
に限らず、千鳥状の配列あるいは一般の２次元配
列であつてもよい。その場合、ゾーンプレートの
配列は１次元状であつても、千鳥状あるいは一般
の２次元配列であつてもよく、状況に応じて配列
の仕方は選択すればよい。

以上説明したように、本発明に於いては、１列
の情報として読みとられるべき原稿画像情報を複
数個のゾーンプレートで構成される結像系により
分担して読みとらせる方式の原稿読み取り装置
（例えばフアクシミリ等）に関し、センサーと結
像系の厳しい位置合せ精度及びＳ／Ｎ比を満足
し、かつ量産性に適したコンパクトで高コントラ
ストの像を得る装置が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の読取装置を説明する
為の図、第３図、第４図ａ，ｂ及び第５図ａ，ｂ
は各々、本発明の読取装置に適用するゾーンプレ
ートを説明する為の図、第６図はゾーンプレート
による回折光の状態を説明する為の図、第７図、
第８図、第９図、第１０図及び第１１図は各々、
本発明に係る読取装置の一実施例を示す図。 ３０……原稿、３２₁，３２₂，３２₃，３２₄，
３５₁，３５₂，３５₃，３５₄……遮光板、３３₁，
３３₂，３３₃……ゾーンプレート、３８₁，３８
_２，３８₃……センサー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原稿面の像を所定の領域ごとに分割して形成
   する共通の基板上に設けられた複数のゾーンプレ
   ートの列より成る複眼結像系、該複眼結像系によ
   る所定の回折光を受光する光センサー、前記各々
   のゾーンプレートに、各々のゾーンプレートが結
   像すべき原稿面の領域以外の領域から発せられた
   光束が入射しない様に前記原稿面とゾーンプレー
   トの間に設けられた第１の遮光手段、ゾーンプレ
   ートで回折される光束の内、光センサーで検出す
   べき前記所定の回折光以外の光束が前記光センサ
   ーに入射しない様に前記ゾーンプレートと光セン
   サーの間に設けた第２の遮光手段を備えた事を特
   徴とする読取装置。