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WO2018173946A1 - イメージセンサユニットおよび画像読取装置 - Google Patents

イメージセンサユニットおよび画像読取装置 Download PDF

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WO2018173946A1
WO2018173946A1 PCT/JP2018/010430 JP2018010430W WO2018173946A1 WO 2018173946 A1 WO2018173946 A1 WO 2018173946A1 JP 2018010430 W JP2018010430 W JP 2018010430W WO 2018173946 A1 WO2018173946 A1 WO 2018173946A1
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WO
WIPO (PCT)
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erecting equal
lens array
image sensor
magnification
sensor unit
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2018/010430
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
常友　啓司
哲 日下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Priority to JP2019507628A priority patent/JP7026104B2/ja
Priority to EP18771208.8A priority patent/EP3606021B1/en
Publication of WO2018173946A1 publication Critical patent/WO2018173946A1/ja
Priority to US16/575,507 priority patent/US10917536B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/024—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original
    • H04N1/028—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up
    • H04N1/02815—Means for illuminating the original, not specific to a particular type of pick-up head
    • H04N1/02885—Means for compensating spatially uneven illumination, e.g. an aperture arrangement
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    • H04N1/028—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up
    • H04N1/03—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up with photodetectors arranged in a substantially linear array
    • H04N1/0306—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up with photodetectors arranged in a substantially linear array using a plurality of optical elements arrayed in the main scan direction, e.g. an array of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N2201/00—Indexing scheme relating to scanning, transmission or reproduction of documents or the like, and to details thereof
    • H04N2201/0077—Types of the still picture apparatus
    • H04N2201/0081—Image reader

Definitions

  • the present invention relates to an image sensor unit and an image reading apparatus using the image sensor unit.
  • an apparatus using an erecting equal-magnification imaging system is known as an image reading apparatus such as a scanner.
  • the image sensor unit can be made more compact than in the case of a reduction imaging optical system.
  • the image sensor unit of the erecting equal-magnification imaging system includes a line light source, an erecting equal-magnification lens array, and a line image sensor as main components.
  • multiple rod lenses consisting of cylindrical glass rods with a refractive index distribution formed so that the refractive index at the center is high are arrayed and integrated along the main scanning direction.
  • SELFOC lens array hereinafter referred to as SLA, SELFOC is a registered trademark of Nippon Sheet Glass Co., Ltd.
  • SLA SELFOC
  • SELFOC is a registered trademark of Nippon Sheet Glass Co., Ltd.
  • a plurality of refractive index distributions are similarly formed inside the resin rod.
  • resin rod lens arrays in which a large number of rod lenses are arranged and integrated, a lens array plate in which a large number of convex lenses are formed on the surface of a plate-like dielectric substrate, and a laminate thereof. .
  • an on-chip filter such as RGB is formed on the sensor surface in order to give color information to a signal output from the light receiving element.
  • a spectral element such as a diffraction grating is arranged in front of the sensor surface to separate the light into RGB colors, and the separated light is R (red) G (green) B (blue).
  • a method of making each of the light receiving elements enter see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for preventing color separation of the dispersed light on the sensor surface in an image sensor unit having a color separation optical system. .
  • an image sensor unit includes a line-shaped light source that irradiates light on a document, and a document side that receives an image reflected from the document to form an erect life-size image.
  • a line-shaped light source that irradiates light on a document
  • a document side that receives an image reflected from the document to form an erect life-size image.
  • an intermediate imaging plane between the first erecting equal-magnification lens array and the second erecting equal-magnification lens array.
  • the field limiting element is the sub scanning direction on the intermediate image plane. May be configured to limit the field of view.
  • the visual field limiting element may be configured by a slit extending in the main scanning direction and having a predetermined width in the sub scanning direction.
  • the visual field limiting element may be composed of a mirror that extends in the main scanning direction and has a predetermined width in the sub scanning direction.
  • the first erecting equal-magnification lens array and the second erecting equal-magnification lens array may be arranged such that an angle formed between the optical axes of each other is a predetermined angle.
  • the line light source may irradiate light of the first wavelength at the first irradiation timing and irradiate light of the second wavelength different from the first wavelength at the second irradiation timing.
  • the image reading apparatus includes the above-described image sensor unit and an image processing unit that processes data detected by the image sensor unit.
  • an image sensor unit having a color separation optical system it is possible to prevent the dispersed light from causing color mixing on the sensor surface.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an erecting equal-magnification imaging system in the image sensor unit according to the embodiment of the present invention described in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an erecting equal-magnification imaging system in the image sensor unit according to the embodiment of the present invention described in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an erecting equal-magnification imaging system in the image sensor unit according to the embodiment of the present invention described in FIG. 1.
  • FIG. 12 is a diagram showing a relative light intensity distribution on the sensor surface when the slit width w is 50 ⁇ m in the erecting equal-magnification imaging system shown in FIG. 11.
  • FIG. 12 is a diagram showing a relative light intensity distribution on the sensor surface when the slit width w is 75 ⁇ m in the erecting equal-magnification imaging system shown in FIG. 11.
  • FIG. 12 is a diagram showing a relative light intensity distribution on the sensor surface when the slit width w is 100 ⁇ m in the erecting equal-magnification imaging system shown in FIG. 11.
  • FIG. 12 is a diagram showing a relative light intensity distribution on the sensor surface when the slit width w is 125 ⁇ m in the erecting equal-magnification imaging system shown in FIG. 11.
  • FIG. 16 is a diagram showing the degree of color mixing in the simulation results shown in FIGS. It is the schematic of the erecting equal magnification imaging system in the image sensor unit which concerns on another embodiment of this invention. It is a figure which shows the Example of a mirror. It is a figure which shows another Example of a mirror. It is a figure which shows the relative light intensity distribution on the sensor surface in the erecting equal magnification imaging system shown in FIG. It is the schematic of the erecting equal magnification imaging system in the image sensor unit which concerns on another embodiment of this invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a relative light intensity distribution on the sensor surface when a linear light source that irradiates light with 5 wavelengths of 410 nm, 450 nm, 550 nm, 650 nm, and 850 nm is used in the erecting equal-magnification imaging system shown in FIG.
  • 25A to 25C are diagrams showing the relative light intensity distribution on the sensor surface when the irradiation timing of the line light source is divided into three times. It is the schematic of the sensor surface of a line image sensor.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an image reading apparatus 100 using an image sensor unit 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the image sensor unit 10 according to the present embodiment is an image sensor unit having a color separation optical system.
  • the image sensor unit 10 is long in a direction perpendicular to the paper surface, and FIG. 1 shows a cross section when the image sensor unit 10 is cut along a plane parallel to the paper surface.
  • the image reading apparatus 100 includes an image sensor unit 10, a document table glass plate 13 as a document table on which an original G is placed on an upper surface 131, and a drive mechanism (not shown) that scans the image sensor unit 10. And an image processing unit (not shown) for processing data read by the image sensor unit 10.
  • the image sensor unit 10 includes a line-shaped light source 14 that irradiates light on a document G placed on a document table glass plate 13, an erecting equal-magnification imaging system 11 that collects reflected light from the document G, A line image sensor 15 that receives light collected by the erecting equal-magnification imaging system 11 and a housing (not shown) that fixes them are provided.
  • the line-shaped light source 14, the erecting equal-magnification imaging system 11, and the line image sensor 15 are fixed by a housing (not shown) so as to maintain a predetermined positional relationship.
  • the direction of the arrow (direction parallel to the paper surface) is the sub-scanning direction
  • the direction perpendicular to the sub-scanning direction (direction perpendicular to the paper surface) is the main scanning direction.
  • the line light source 14 is long in the main scanning direction, and illuminates the document G in a line shape along that direction.
  • the line light source 14 may irradiate light having three wavelengths, for example, 650 nm, 550 nm, and 450 nm as wavelengths corresponding to RGB colors. As shown in FIG.
  • the line image sensor 15 includes a plurality of light receiving elements (photoelectric conversion elements) 301 in a tile shape along the main scanning direction and the sub-scanning direction on the sensor surface of the substrate 61 that is long in the main scanning direction. They may be arranged so that the longitudinal direction of the arrangement is parallel to the main scanning direction. In FIG. 26, 10 rows of light receiving elements (photoelectric conversion elements) 301 are arranged in the sub-scanning direction, but the number is not limited to this as long as the number of arrangements is equal to or greater than the number of colors desired to be separated at a time.
  • the light receiving element (photoelectric conversion element) 301 may have an on-chip filter corresponding to each color such as RGB formed on the surface.
  • the erecting equal-magnification imaging system 11 is arranged so that its optical axis Ax is perpendicular to the main surface of the platen glass plate 13, and the line light source 14 further includes an erecting equal-magnification imaging system.
  • the region F including the intersection f between the 11 optical axes Ax and the upper surface 131 of the platen glass plate 13 is arranged to illuminate uniformly and brightest.
  • the line image sensor 15 is arranged so that the sensor surface (light receiving surface) is positioned on the final imaging surface of the erecting equal-magnification imaging system 11.
  • the irradiation light from the line light source 14 is irradiated onto the original G through the original platen glass plate 13, and the reflected light from the original G is applied by the erecting equal magnification imaging system 11.
  • the original G is read by focusing and forming an image on the line image sensor 15.
  • the light reflection area in the original G can be considered as a virtual light source that emits line-shaped light.
  • the image reading apparatus 100 can read a desired area of the original G by scanning the image sensor unit 10 in the sub-scanning direction.
  • an erecting equal magnification imaging system 11 includes a first erecting equal magnification lens array 16, a slit 17, and a second erecting equal magnification lens array in order from the document side. 18 and a diffraction grating 19.
  • the first erecting equal-magnification lens array 16 on the document side (object side) and the second erecting equal-magnification lens array 18 on the sensor surface (image surface side) have a plurality of rod lenses in the main scanning direction.
  • the first erecting equal-magnification lens array 16 and the second erecting equal-magnification lens array 18 are arranged in series so that the optical axes of the respective rod lenses coincide with each other.
  • An erecting equal-magnification image of the original G is formed on the surface (the sensor surface of the line image sensor 15).
  • An erecting equal-magnification image of the original G is formed on the intermediate surface of the first erecting equal-magnification lens array 16 and the second erecting equal-magnification lens array 18 (this intermediate surface is referred to as “intermediate imaging surface”).
  • the first erecting equal-magnification lens array 16 and the second erecting equal-magnification lens array 18 include an optical distance L 0 from the document surface to the document-side end surface of the first erecting equal-magnification lens array 16, and a first erecting lens.
  • the diffraction grating 19 functions as a spectroscopic element that splits the light emitted from the second erecting equal-magnification lens array 18 in the sub-scanning direction. Light mixed with RGB colors emitted from the read area of the original G is separated into RGB colors by the diffraction grating 19 and travels toward the sensor surface of the line image sensor 15.
  • the diffraction grating 19 is disposed between the second erecting equal-magnification lens array 18 and the line image sensor 15, and may be disposed immediately after the second erecting equal-magnification lens array 18, for example, as shown in FIG.
  • the diffraction grating 19 may be a transmission blazed diffraction grating that maximizes the intensity of the first-order diffracted light.
  • the line image sensor 15 is disposed at a position shifted from the optical axis Ax of the erecting equal magnification imaging system 11 when the diffraction grating 19 is not installed in FIG. 1 so that the first-order diffracted light from the diffraction grating 19 can be suitably received. Is done.
  • the slit 17 is disposed on the intermediate image plane.
  • the slit 17 is a slit that extends in the main scanning direction and has a predetermined width in the sub-scanning direction, and functions as a field limiting element that limits the field of view in the sub-scanning direction on the intermediate image plane.
  • the arrangement direction of a plurality of single lenses (that is, rod lenses) constituting the first erecting equal-magnification lens array 16 and the second erecting equal-magnification lens array 18 is the main scanning direction, and is a direction orthogonal to the main scanning direction. Is the sub-scanning direction.
  • the slit 17 may be formed by forming a light shielding film on a part of the surface of a transparent substrate such as glass.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an erecting equal-magnification imaging system 200 according to the first comparative example.
  • FIG. 3 shows a relative light intensity distribution on the sensor surface in the erecting equal-magnification imaging system 200 according to the first comparative example.
  • the erecting equal-magnification imaging system 200 according to the first comparative example forms an erecting equal-magnification image of a document on the sensor surface with one erecting equal-magnification lens array 201.
  • a diffraction grating 202 is disposed immediately after the erecting equal-magnification lens array 201.
  • the horizontal axis indicates the sub-scanning from the reference point with the intersection point of the optical axis Ax of the erecting equal-magnification imaging system 200 and the sensor surface in the case where the diffraction grating 202 is not installed in FIG. It represents the distance in the direction, and the vertical axis represents the relative value of the light intensity reaching the sensor surface.
  • the light source emits light having three wavelengths of 650 nm, 550 nm, and 450 nm as wavelengths corresponding to RGB colors.
  • the light rays contributing to the calculation are uniform under the condition of 90 degrees from the area of ⁇ 1 mm around the intersection of the optical axis Ax of the erecting equal-magnification imaging system 200 and the original surface when the diffraction grating 202 is not installed in FIG.
  • Intense rays (1 ⁇ 10 8 of each color) were emitted.
  • the simulation was performed using Zemax's lens / illumination design software Zemax OpticStudio.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an erecting equal-magnification imaging system 300 according to the second comparative example.
  • FIG. 5 shows a relative light intensity distribution on the sensor surface in the erecting equal-magnification imaging system 300 according to the second comparative example.
  • the erecting equal magnification imaging system 300 according to the second comparative example is different from the erecting equal magnification imaging system 200 according to the first comparative example in that the slit 203 is arranged on the document surface.
  • the light intensity distribution of the wavelength corresponding to each color of RGB is decomposed at each position on the sensor surface, and the color separation property Is good.
  • the structure of the image sensor unit due to the structure of the image sensor unit, there is an original platen glass plate or the like directly under the original, so it is difficult to realize such a second comparative example.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of an erecting equal-magnification imaging system 400 according to the third comparative example.
  • FIG. 7 shows a relative light intensity distribution on the sensor surface in the erecting equal-magnification imaging system 400 according to the third comparative example.
  • the slit 203 is disposed on the original surface.
  • the original platen glass plate directly below the original.
  • the slit 203 is arranged at a distance of 1.4 mm from the document surface in the sensor surface direction.
  • Other simulation conditions are the same as in the second comparative example.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of an erecting equal-magnification imaging system 500 according to the fourth comparative example.
  • FIG. 9 shows a relative light intensity distribution on the sensor surface in the erecting equal-magnification imaging system 500 according to the fourth comparative example.
  • the erecting equal-magnification imaging system 500 according to the fourth comparative example is erecting for the purpose of preventing color mixture after color separation by enlarging the imaging magnification in the sub-scanning direction to the imaging magnification in the main scanning direction.
  • the difference from the erecting equal-magnification imaging system 200 according to the first comparative example is that a concave flat cylindrical lens 204 is disposed immediately before the equal-magnification lens array 201.
  • FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the definition of color mixing.
  • Mixed color is a state in which light intensity distributions of light of wavelengths corresponding to RGB colors on the sensor surface overlap each other, but in this specification, “no color mixture” or “color separation”
  • the color mixture degree for determining numerically the state of “mixed color” or “not color-separated” is defined.
  • FIG. 10A shows an example of light intensity distribution in a state of “no color mixture” or “color separation”.
  • FIG. 10B shows an example of light intensity distribution in a state of “mixed colors” or “not color-separated”.
  • the intersection between the optical axis of the erecting equal-magnification imaging system and the sensor surface when no spectroscopic element such as a diffraction grating is inserted is defined as 0 point, and the light intensity distribution on the sensor surface of light having wavelengths of 450 nm, 550 nm, and 650 nm is 0. when expressed in accordance with the distance from the point, the full width at half maximum of the light intensity distribution of light having a wavelength of 550nm and a width W a.
  • an intersection having the highest light intensity among the intersections of the light intensity distribution of light having a wavelength of 550 nm and the light intensity distribution of light having a wavelength of 450 nm is defined as a point L, and the light intensity distribution of light having a wavelength of 550 nm and light of light having a wavelength of 650 nm.
  • W B / W A is defined as the color mixing degree.
  • the state where W B / W A > 1 is “no color mixture” or “color-separated”, and the state where W B / W A ⁇ 1 is “has color mixture”, “no color separation” Or “color separation is insufficient”.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of an erecting equal-magnification imaging system in the image sensor unit 10 according to the embodiment of the present invention described in FIG.
  • the erecting equal-magnification imaging system 11 of the present embodiment has a slit in the intermediate imaging plane between the first erecting equal-magnification lens array 16 and the second erecting equal-magnification lens array 18. 17 and a diffraction grating 19 is disposed immediately below the second erecting equal-magnification lens array 18.
  • 12 to 15 show the relative light intensity distribution on the sensor surface in the image sensor unit 10 according to the embodiment of the present invention. 12 to 15 show simulation results when the slit width w is changed.
  • FIG. 12 shows the light intensity distribution when the slit width w is 50 ⁇ m.
  • FIG. 13 shows the light intensity distribution when the slit width w is 75 ⁇ m.
  • FIG. 14 shows the light intensity distribution when the slit width w is 100 ⁇ m.
  • FIG. 15 shows the light intensity distribution when the slit width w is 125 ⁇ m.
  • the first erecting equal-magnification lens array 16 on the document side and the second erecting equal-magnification lens array 18 on the sensor surface side are the optical distance L between the document surface and the document-side end surface of the first erecting equal-magnification lens array 16. 0 is 2.8 mm, the optical distance L 2 between the sensor surface side end surface of the first erecting equal-magnification lens array 16 and the document side end surface of the second erecting equal-magnification lens array 18 is 5.6 mm, and the second erecting lens. optical distance L 3 between the sensor side end face and the sensor surface of the magnification lens array 18 is arranged so as to 2.8 mm.
  • Other simulation conditions are the same as those in the first comparative example.
  • FIG. 16 shows the color mixture degree W B / W A in the simulation results shown in FIGS.
  • the color mixture degree W B / W A is larger than 1 to prevent color mixture, and if the slit width w is 50 ⁇ m or less, the color mixture is more appropriate. It can be seen that it can be prevented.
  • FIG. 17 is a schematic view of an erecting equal-magnification imaging system 31 according to another embodiment of the present invention.
  • the erecting equal-magnification imaging system 31 includes two erecting equal-magnification lens arrays (a first erecting equal-magnification lens array 32 on the original surface side and a second erecting equal-magnification lens array on the sensor surface side). 33).
  • the intermediate image plane between the first erecting equal-magnification lens array 32 and the second erecting equal-magnification lens array 33 extends in the main scanning direction instead of the slit and is sub-scanned.
  • a mirror 34 having a predetermined width (v) in the direction is arranged.
  • the mirror 34 functions as a visual field limiting element that limits the visual field in the sub-scanning direction.
  • the width v of the mirror 34 may be 50 ⁇ m, for example.
  • the first positive erecting equal-magnification lens array 32 and the second erecting equal-magnification lens array 33 are arranged such that the angle formed by the optical axis Ax2 of the second erecting equal-magnification lens array 33 is a predetermined angle (for example, 90 °).
  • An equal-magnification lens array 32 and a second erecting equal-magnification lens array 33 are arranged.
  • FIG. 18 shows an embodiment of the mirror 34.
  • the mirror 34 may have a strip-shaped mirror surface 34a that is long in the main scanning direction and has a width v in the sub-scanning direction.
  • FIG. 19 shows another embodiment of the mirror 34.
  • the mirror 34 has a strip shape in which a portion other than a predetermined width v and a region elongated in the main scanning direction is shielded by a light shielding film 34b on a mirror surface having a certain effective area.
  • the mirror surface 34a may be formed. In this case, the size of the mirror 34 is increased, which is advantageous in terms of mounting.
  • FIG. 20 shows a relative light intensity distribution on the sensor surface in the erecting equal-magnification imaging system 31 shown in FIG. As shown in FIG. 20, even when the strip-shaped mirror 34 is arranged on the intermediate image plane, the color separation is good.
  • the light from the document surface can be bent at a predetermined angle (for example, 90 °), which is advantageous for space saving of the image sensor unit. .
  • FIG. 21 is a schematic diagram of an erecting equal-magnification imaging system 41 in an image sensor unit according to still another embodiment of the present invention.
  • the erecting equal-magnification imaging system 41 includes two erecting equal-magnification lens array plates (first erecting equal-magnification lens on the document surface side) arranged in series so that their optical axes coincide with each other. And an array plate 42 and a second erecting equal-magnification lens array plate 43) on the sensor surface side.
  • the first erecting equal-magnification lens array plate 42 and the second erecting equal-magnification lens array plate 43 are the same.
  • the erecting equal-magnification lens array plate is a stack of two lens array plates with multiple convex lenses arranged along the main scanning direction on both sides of a transparent dielectric substrate such as plastic so that the optical axes of the individual convex lenses coincide.
  • a first surface lens 51, a second surface lens 52, a third surface lens 53, and a fourth surface lens 54 are provided in this order from the document surface side.
  • a first surface light shielding wall 55 is provided around the first surface lens 51, and a second and third surface light shielding walls are provided around the second surface lens 52 and the third surface lens 53.
  • FIG. 22 shows dimensional specifications of the erecting equal-magnification lens array plate used in the simulation.
  • the shapes of the first surface lens 51 to the fourth surface lens 54 are based on the following formula (unit: mm). However, the signs of R, AD, AE, AF, and AG are reversed for the second surface lens 52 and the fourth surface lens 54.
  • the erecting equal-magnification imaging system 41 Similar to the erecting equal-magnification imaging system 11 using the SLA described with reference to FIGS. 1 and 11, the erecting equal-magnification imaging system 41 according to the present embodiment also includes the first erecting equal-magnification lens array plate 42.
  • a slit 44 is disposed on the intermediate image plane between the second erecting equal-magnification lens array plates 43.
  • a diffraction grating 45 is disposed immediately after the second erecting equal-magnification lens array plate 43.
  • FIG. 23 shows a relative light intensity distribution on the sensor surface in the erecting equal-magnification imaging system 41 shown in FIG. As shown in FIG. 23, even when an erecting equal-magnification lens array plate is used instead of SLA, the color separation is good.
  • the simulation is performed on the assumption that the line light source emits light of three wavelengths of 650 nm, 550 nm, and 450 nm as wavelengths corresponding to RGB colors, but light having more wavelengths may be used.
  • light of 410 nm (ultraviolet), 850 nm (near infrared), or the like may be used.
  • FIG. 24 shows relative light on the sensor surface when using a linear light source that emits light of five wavelengths of 410 nm, 450 nm, 550 nm, 650 nm, and 850 nm in the erecting equal-magnification imaging system 11 shown in FIG. The intensity distribution is shown.
  • the first-order diffracted light of 410 nm and 450 nm, the first-order diffracted light of 850 nm, and the second-order diffracted light of 410 nm and 450 nm cannot be color-separated. In such a case, the color separation can be improved by changing the irradiation timing of the line light source for each wavelength.
  • FIGS. 25A to 25C show the relative light intensity distribution on the sensor surface when the irradiation timing of the line light source is divided into three times.
  • FIG. 25A shows a relative light intensity distribution on the sensor surface with respect to light having a wavelength of 410 nm irradiated at the first irradiation timing.
  • FIG. 25B shows a relative light intensity distribution on the sensor surface with respect to light having wavelengths of 450 nm and 650 nm irradiated at the second irradiation timing.
  • FIG. 25C shows a relative light intensity distribution on the sensor surface with respect to light having wavelengths of 550 nm and 850 nm irradiated at the third irradiation timing.
  • 25 (a) to 25 (c) it can be seen that the color separation can be improved by dividing the irradiation timing of the line light source in this way.
  • the present invention can be used for an image reading apparatus using an image sensor unit.

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Abstract

イメージセンサユニット１０は、原稿Ｇに光を照射するライン状光源１４と、原稿Ｇから反射した光を受けて正立等倍像を形成するよう、原稿側から順に配置された第１正立等倍レンズアレイ１６および第２正立等倍レンズアレイ１８と、第１正立等倍レンズアレイ１６と第２正立等倍レンズアレイ１８の間の中間結像面に配置されたスリット１７と、第２正立等倍レンズアレイ１８から出射された光を分光する回折格子１９と、回折格子１９により分光された光を受光するラインイメージセンサ１５とを備える。

Description

イメージセンサユニットおよび画像読取装置
　本発明は、イメージセンサユニットおよび該イメージセンサユニットを用いた画像読取装置に関する。
　従来、スキャナ等の画像読取装置として、正立等倍結像系を用いた装置が知られている。正立等倍結像系を用いた場合、縮小結像光学系の場合よりもイメージセンサユニットをコンパクトにすることができる。正立等倍結像系のイメージセンサユニットは、主だった部品としてライン状光源、正立等倍レンズアレイ、およびラインイメージセンサから構成される。
　正立等倍結像系としては、中心部の屈折率が高くなるように屈折率分布を形成した円柱状のガラスロッドからなる複数のロッドレンズを主走査方向に沿って多数配列のうえ一体化されたロッドレンズアレイの形態であるセルフォック・レンズ・アレイ（以降ＳＬＡ、セルフォックは日本板硝子株式会社の登録商標）をはじめとして、樹脂製ロッドの内部に同じように屈折率分布を形成させた複数のロッドレンズを多数配列のうえ一体化された樹脂製ロッドレンズアレイや、板状の誘電体基板の表面に多数の凸状のレンズを形成させたレンズアレイプレートやその積層体などが知られている。
　カラー画像を読み取るカラーイメージセンサユニットでは、受光素子から出力される信号に色情報をもたせるために、センサ面上にＲＧＢ等のオンチップフィルタが形成される。従来、解像度を高めるために、センサ面の手前に回折格子などの分光素子を配置して光をＲＧＢの各色に色分解し、色分解した光をＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各受光素子にそれぞれ入射させる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２－２１８１５８号公報
　しかしながら、実際の正立等倍結像系ではある程度の大きさの視野が存在するため、単にセンサ面の手前に分光素子を配置しただけでは、ＲＧＢの各色の光が他の色の受光素子にも一定の強度分布で到達してしまい（このような状態は「混色」と呼ばれる）、解像力が低下するおそれがある。
　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、色分解光学系を有するイメージセンサユニットにおいて、分光した光がセンサ面で混色を発生することを防ぐ技術を提供することである。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様のイメージセンサユニットは、原稿に光を照射するライン状光源と、原稿から反射した光を受けて正立等倍像を形成するよう、原稿側から順に配置された第１正立等倍レンズアレイおよび第２正立等倍レンズアレイと、第１正立等倍レンズアレイと第２正立等倍レンズアレイの間の中間結像面に配置された視野制限素子と、第２正立等倍レンズアレイから出射された光を分光する分光素子と、分光素子により分光された光を受光するラインイメージセンサとを備える。
　正立等倍レンズアレイを構成する単レンズの配列方向を主走査方向とし、該主走査方向と直交する方向を副走査方向としたときに、視野制限素子は、中間結像面における副走査方向の視野を制限するよう構成されてもよい。
　視野制限素子は、主走査方向に延在するとともに副走査方向に所定の幅を有するスリットから構成されてもよい。
　視野制限素子は、主走査方向に延在するとともに副走査方向に所定の幅を有するミラーから構成されてもよい。この場合、第１正立等倍レンズアレイと第２正立等倍レンズアレイは、互いの光軸のなす角が所定の角度となるよう配置されてもよい。
　ライン状光源は、第１の照射タイミングで第１波長の光を照射し、第２の照射タイミングで第１波長と異なる第２波長の光を照射してもよい。
　本発明の別の態様は、画像読取装置である。この画像読取装置は、上述のイメージセンサユニットと、イメージセンサユニットによって検出されたデータを処理する画像処理部とを備える。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現方法、装置などの間で変更等したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、色分解光学系を有するイメージセンサユニットにおいて、分光した光がセンサ面で混色を発生することを防ぐことができる。
本発明の実施の形態に係るイメージセンサユニットを用いた画像読取装置を説明するための図である。 第１比較例に係る正立等倍結像系の概略図である。 第１比較例に係る正立等倍結像系におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 第２比較例に係る正立等倍結像系の概略図である。 第２比較例に係る正立等倍結像系におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 第３比較例に係る正立等倍結像系の概略図である。 第３比較例に係る正立等倍結像系におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 第４比較例に係る正立等倍結像系の概略図である。 第４比較例に係る正立等倍結像系におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 図１０（ａ）および（ｂ）は、混色の定義を説明するための図である。 図１で説明した本発明の実施形態に係るイメージセンサユニットにおける正立等倍結像系の概略図である。 図１１に示す正立等倍結像系において、スリット幅ｗが５０μｍのときのセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 図１１に示す正立等倍結像系において、スリット幅ｗが７５μｍのときのセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 図１１に示す正立等倍結像系において、スリット幅ｗが１００μｍのときのセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 図１１に示す正立等倍結像系において、スリット幅ｗが１２５μｍのときのセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 図１２～図１５に示すシミュレーション結果における混色度を示す図である。 本発明の別の実施形態に係るイメージセンサユニットにおける正立等倍結像系の概略図である。 ミラーの実施例を示す図である。 ミラーの別の実施例を示す図である。 図１７に示す正立等倍結像系におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るイメージセンサユニットにおける正立等倍結像系の概略図である。 シミュレーションで用いた正立等倍レンズアレイプレートの寸法仕様を示す図である。 図２１に示す正立等倍結像系におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 図１１に示す正立等倍結像系において、４１０ｎｍ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍ、８５０ｎｍの５波長の光を照射するライン状光源を用いた場合のセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 図２５（ａ）～（ｃ）は、ライン状光源の照射タイミングを３回に分けた場合のセンサ面上の相対的光強度分布を示す図である。 ラインイメージセンサのセンサ面の概略図である。
　図１は、本発明の実施の形態に係るイメージセンサユニット１０を用いた画像読取装置１００を説明するための図である。本実施形態に係るイメージセンサユニット１０は、色分解光学系を有するイメージセンサユニットである。イメージセンサユニット１０は、紙面に垂直な方向に長く、図１は、イメージセンサユニット１０を紙面に平行な面で切断したときの断面を表している。図１に示すように画像読取装置１００は、イメージセンサユニット１０、上面１３１に原稿Ｇを載置する原稿台としての原稿台ガラス板１３、イメージセンサユニット１０を走査する駆動機構（図示せず）、イメージセンサユニット１０によって読み取られたデータを処理する画像処理部（図示せず）等を備える。
　イメージセンサユニット１０は、原稿台ガラス板１３上に載置された原稿Ｇに光を照射するライン状光源１４と、原稿Ｇからの反射光を集光する正立等倍結像系１１と、正立等倍結像系１１により集光された光を受けるラインイメージセンサ１５と、これらを固定する筐体（図示せず）とを備える。ライン状光源１４、正立等倍結像系１１およびラインイメージセンサ１５は、筐体（図示せず）により所定の位置関係を維持するよう固定される。
　図１において、矢印の方向（紙面に平行な方向）が副走査方向であり、副走査方向に垂直な方向（紙面に垂直な方向）が主走査方向である。ライン状光源１４は主走査方向に長く、その方向に沿ってライン状に原稿Ｇを照明する。ライン状光源１４は、ＲＧＢの各色に対応する波長として例えば６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍの３波長の光を照射するものであってよい。ラインイメージセンサ１５は、図２６のように受光素子（光電変換素子）３０１が、主走査方向に長尺な基板６１のセンサ面上に、主走査方向及び副走査方向に沿ってタイル状に複数配列され、その配列の長手方向が主走査方向と平行になるように配列されたものであってもよい。図２６において、受光素子（光電変換素子）３０１は、副走査方向に１０列配列されているが、一度に分解したい色数以上の配列数である限りこれに限定されるものでもない。また、受光素子（光電変換素子）３０１は、ＲＧＢ等の各色に対応するオンチップフィルタが表面に形成されたものであってもよい。
　正立等倍結像系１１は、その光軸Ａｘが原稿台ガラス板１３の主面と垂直になるように配置され、さらにライン状光源１４は、その照射光が正立等倍結像系１１の光軸Ａｘと原稿台ガラス板１３の上面１３１との交点ｆを含む領域Ｆを均一かつもっとも明るく照明する様に配置される。またラインイメージセンサ１５は、センサ面（受光面）が正立等倍結像系１１の最終結像面に位置するように配置される。
　以上のように構成されたイメージセンサユニット１０では、ライン状光源１４からの照射光が原稿台ガラス板１３を通して原稿Ｇに照射され、原稿Ｇからの反射光を正立等倍結像系１１によって集光し、ラインイメージセンサ１５上に結像することで原稿Ｇが読み取られる。原稿Ｇにおける光反射領域は、ライン状の光を出射する仮想光源と考えることができる。画像読取装置１００は、イメージセンサユニット１０を副走査方向に走査することにより、原稿Ｇの所望の領域の読み取りを行うことができる。
　図１に示すように、本実施形態に係る正立等倍結像系１１は、原稿側から順に、第１正立等倍レンズアレイ１６と、スリット１７と、第２正立等倍レンズアレイ１８と、回折格子１９とを備える。
　本実施形態において、原稿側（物体側）の第１正立等倍レンズアレイ１６と、センサ面（像面側）の第２正立等倍レンズアレイ１８は、複数のロッドレンズを主走査方向に沿って多数配列のうえ一体化したセルフォック・レンズ・アレイ（ＳＬＡ）である。第１正立等倍レンズアレイ１６および第２正立等倍レンズアレイ１８は、それぞれのロッドレンズの光軸が一致するように直列に配置され、原稿Ｇから反射した光を受けて最終結像面（ラインイメージセンサ１５のセンサ面）に原稿Ｇの正立等倍像を形成する。
　第１正立等倍レンズアレイ１６と第２正立等倍レンズアレイ１８の中間面には原稿Ｇの正立等倍像が形成される（この中間面を「中間結像面」と呼ぶ）。第１正立等倍レンズアレイ１６および第２正立等倍レンズアレイ１８は、原稿面から第１正立等倍レンズアレイ１６の原稿側端面との光学的距離Ｌ０と、第１正立等倍レンズアレイ１６のセンサ面側端面と第２正立等倍レンズアレイ１８の原稿側端面との光学的距離Ｌ２と、第２正立等倍レンズアレイ１８のセンサ面側端面とセンサ面との光学的距離Ｌ３との関係が、設計上Ｌ０＝Ｌ３＝１／２Ｌ２となるように配置される。
　回折格子１９は、第２正立等倍レンズアレイ１８から出射された光を副走査方向に分光する分光素子として機能する。原稿Ｇの被読取領域から出射したＲＧＢの各色が混合された光は、回折格子１９によってＲＧＢの各色に色分解され、ラインイメージセンサ１５のセンサ面に向かう。回折格子１９は、第２正立等倍レンズアレイ１８とラインイメージセンサ１５の間に配置され、例えば図１に示すように第２正立等倍レンズアレイ１８の直後に配置されてよい。回折格子１９は、一次回折光の強度が最大になるような透過型ブレーズ型回折格子であってよい。回折格子１９からの一次回折光を好適に受光できるよう、ラインイメージセンサ１５は、図１において回折格子１９を設置しない場合の正立等倍結像系１１の光軸Ａｘからずれた位置に配置される。
　本実施形態に係るイメージセンサユニット１０においては、中間結像面にスリット１７が配置される。このスリット１７は、主走査方向に延在するとともに副走査方向に所定の幅を有するスリットであり、中間結像面における副走査方向の視野を制限する視野制限素子として機能する。なお、第１正立等倍レンズアレイ１６および第２正立等倍レンズアレイ１８を構成する複数の単レンズ（すなわちロッドレンズ）の配列方向が主走査方向であり、主走査方向と直交する方向が副走査方向である。スリット１７は、ガラス等の透明基板の表面の一部に遮光膜を形成することで形成されてよい。
　中間結像面には原稿Ｇの正立等倍像が形成されるため、スリット１７で副走査方向の視野を制限することにより、分光した光がセンサ面で重複する状態（すなわち混色）を防ぐことができる。
　このようなスリットは、原稿面またはその直後に配置しても副走査方向の視野が制限され、センサ面での混色を改善可能である。しかしながら、実際には原稿面にスリットを配置するのは装置構成上困難であるし、原稿面直後には原稿台ガラス板１３が配置されるので、同様にスリットを配置することは容易ではない。また、スリットの配置方法によっては、原稿Ｇへのライン状光源１４からの光を遮ってしまう可能性がある。さらに、原稿面付近にはイメージセンサユニット１０を走査するための駆動機構（例えばレール等）配置する必要があるため、原稿面またはその直後にスリットを配置するのは現実的ではない。
　第１正立等倍レンズアレイ１６と第２正立等倍レンズアレイ１８の間の中間結像面には駆動機構等の可動部が存在せず、また中間結像面は原稿面と実質的に等価な面となる。従って、本実施形態のように中間結像面にスリット１７を配置した場合、上記のような不都合を生じることなく、原稿面またはその直後にスリットを配置した場合と同様にセンサ面における混色の改善効果をもたらすことができる。
　次に、本実施形態に係るイメージセンサユニット１０による混色の改善効果について説明する。まず、本実施形態について説明する前に、いくつかの比較例に関してセンサ面でどのように混色が発生するか説明する。
［第１比較例］
　図２は、第１比較例に係る正立等倍結像系２００の概略図である。図３は、第１比較例に係る正立等倍結像系２００におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す。図２に示すように、第１比較例に係る正立等倍結像系２００は、１つの正立等倍レンズアレイ２０１でセンサ面に原稿の正立等倍像を形成する。正立等倍レンズアレイ２０１の直後には回折格子２０２が配置される。
　図３において、横軸は、図２において回折格子２０２を設置しない場合の正立等倍結像系２００の光軸Ａｘとセンサ面との交点を基準点０ｍｍとして、その基準点からの副走査方向の距離を表し、縦軸はセンサ面に到達する光強度の相対値を示す。
　シミュレーション条件は次のとおりとした。正立等倍レンズアレイとして、ＳＬＡ（レンズ長（Ｚ０）＝４．３ｍｍ、原稿面とレンズ端面間の光学距離（Ｌ０）＝２．８ｍｍ、結像距離（ＴＣ）＝９．９ｍｍ）を用いた。光源は、ＲＧＢの各色に対応する波長として６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍの３波長の光を出射するものとした。計算に寄与する光線は、図２において回折格子２０２を設置しない場合の正立等倍結像系２００の光軸Ａｘと原稿面との交点を中心としてφ１ｍｍの領域からランバシャン９０度の条件で均一強度の光線（各色１×１０８本）を出射させた。回折格子２０２として、一次回折光の強度が最大になるような透過型ブレーズ型回折格子（基板厚＝０．５ｍｍ、中心波長＝５５０ｎｍ、３４０本／ｍｍ）を用いた。シミュレーションは、Ｚｅｍａｘ社のレンズ・照明設計ソフトウェア Ｚｅｍａｘ ＯｐｔｉｃＳｔｕｄｉｏを用いた。
　センサ面では主に波長４５０ｎｍの１次回折光（Ｂ）、波長５５０ｎｍの１次回折光（Ｇ）、波長６５０ｎｍの１次回折光（Ｒ）の光強度分布が形成される。図３に示すように、第１比較例では、ＲＧＢ各色に対応する波長の光の強度分布がセンサ面上において広い領域で重複しており、色分解が適正になされていないことがわかる。これは、原稿面に回折格子２０２で副走査方向に分光させる場合、原稿面の点をセンサ面上に結像させるならば混色の問題は起こらないが、実際は視野が存在するためである。
［第２比較例］
　図４は、第２比較例に係る正立等倍結像系３００の概略図である。図５は、第２比較例に係る正立等倍結像系３００におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す。図４に示すように、第２比較例に係る正立等倍結像系３００は、原稿面にスリット２０３が配置された点が第１比較例に係る正立等倍結像系２００と異なる。スリット幅（ｗ）＝５０μｍとし、その他のシミュレーション条件は第１比較例と同じである。
　図５に示すように、第２比較例に係る正立等倍結像系３００では、ＲＧＢ各色に対応する波長の光の強度分布がセンサ面上において位置毎に分解されており、色分解性は良好である。しかしながら、上述したように、イメージセンサユニットの構造上、原稿直下には原稿台ガラス板等が存在するため、このような第２比較例を実現するのは困難である。
［第３比較例］
　図６は、第３比較例に係る正立等倍結像系４００の概略図である。図７は、第３比較例に係る正立等倍結像系４００におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す。第２比較例に係る正立等倍結像系３００では、原稿面にスリット２０３を配置したが、この第３比較例に係る正立等倍結像系４００では、原稿直下の原稿台ガラス板等の存在を考慮し、スリット２０３を原稿面から１．４ｍｍセンサ面方向に離間して配置した。その他のシミュレーション条件は第２比較例と同じである。
　図７に示すように、第３比較例に係る正立等倍結像系４００では、センサ面上での混色が生じており、色分解性が良好ではないことが明らかである。
［第４比較例］
　図８は、第４比較例に係る正立等倍結像系５００の概略図である。図９は、第４比較例に係る正立等倍結像系５００におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す。第４比較例に係る正立等倍結像系５００は、副走査方向の結像倍率を主走査方向の結像倍率より拡大させて色分解後の混色を防止することを目的として、正立等倍レンズアレイ２０１の直前に凹平シリンドリカルレンズ２０４が配置された点が第１比較例に係る正立等倍結像系２００と異なる。シミュレーション条件は、凹平シリンドリカルレンズ２０４の副走査方向の曲率半径（Ｒｃ）＝－１．２３９ｍｍとし、副走査方向の横倍率は主走査方向倍率の３倍とした。
　しかしながら、図９に示すように、第４比較例に係る正立等倍結像系５００でも、センサ面上での混色が生じており、色分解性が良好ではないことが明らかである。
　ここで、本明細書における混色の定義について説明する。図１０（ａ）および（ｂ）は、混色の定義を説明するための図である。混色とはＲＧＢ各色に相当する波長の光のセンサ面上における光強度分布が相互に重複している状態であるが、本明細書では「混色がない」または「色分解されている」状態と、「混色がある」または「色分解されていない」状態とを数値で判定するための混色度を定義する。
　図１０（ａ）は「混色がない」または「色分解されている」状態の光強度分布例を示す。図１０（ｂ）は、「混色がある」または「色分解されていない」状態の光強度分布例を示す。回折格子等の分光素子を入れないときの正立等倍結像系の光軸とセンサ面との交点を０点とし、波長４５０ｎｍ，５５０ｎｍおよび６５０ｎｍの光のセンサ面上の光強度分布を０点からの距離に応じて表したとき、波長５５０ｎｍの光の光強度分布の半値全幅を幅ＷＡとする。さらに、波長５５０ｎｍの光の光強度分布と波長４５０ｎｍの光の光強度分布との交点のうち光強度が最も大きい交点を点Ｌとし、波長５５０ｎｍの光の光強度分布と波長６５０ｎｍの光の光強度分布との交点のうち光強度が最も大きい交点を点Ｈとしたとき、線分ＬＨの横軸に平行な成分をＷＢとする。そして、ＷＢ／ＷＡを混色度として定義する。ＷＢ／ＷＡ＞１となる状態を「混色がない」又は「色分解されている」とし、ＷＢ／ＷＡ≦１となる状態を「混色がある」、「色分解がされていない」又は「色分解が不十分である」とする。
　図１１は、図１で説明した本発明の実施形態に係るイメージセンサユニット１０における正立等倍結像系の概略図である。図１で説明したように、本実施形態の正立等倍結像系１１は、第１正立等倍レンズアレイ１６と第２正立等倍レンズアレイ１８の間の中間結像面にスリット１７を配置し、第２正立等倍レンズアレイ１８の直下に回折格子１９を配置した構成を有する。
　図１２～図１５は、本発明の実施形態に係るイメージセンサユニット１０におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す。図１２～図１５は、スリット幅ｗを変化させたときのシミュレーション結果である。図１２は、スリット幅ｗが５０μｍのときの光強度分布である。図１３は、スリット幅ｗが７５μｍのときの光強度分布である。図１４は、スリット幅ｗが１００μｍのときの光強度分布である。図１５は、スリット幅ｗが１２５μｍのときの光強度分布である。原稿側の第１正立等倍レンズアレイ１６とセンサ面側の第２正立等倍レンズアレイ１８は、原稿面と第１正立等倍レンズアレイ１６の原稿側端面との光学的距離Ｌ０が２．８ｍｍ、第１正立等倍レンズアレイ１６のセンサ面側端面と第２正立等倍レンズアレイ１８の原稿側端面との光学的距離Ｌ２が５．６ｍｍ、第２正立等倍レンズアレイ１８のセンサ面側端面とセンサ面との光学的距離Ｌ３が２．８ｍｍとなるように配置した。他のシミュレーション条件は上述の第１比較例と同様である。
　図１６は、図１２～図１５に示すシミュレーション結果における混色度ＷＢ／ＷＡを示す。図１６に示すように、スリット幅ｗが７５μｍ以下であれば、混色度ＷＢ／ＷＡが１より大きくなって混色を防止でき、さらにスリット幅ｗが５０μｍ以下であれば、混色をさらに適切に防止できることが分かる。
　図１７は、本発明の別の実施形態に係る正立等倍結像系３１の概略図である。本実施形態においても、正立等倍結像系３１は２つの正立等倍レンズアレイ（原稿面側の第１正立等倍レンズアレイ３２およびセンサ面側の第２正立等倍レンズアレイ３３）を備える。しかしながら、本実施形態では、第１正立等倍レンズアレイ３２と第２正立等倍レンズアレイ３３の間の中間結像面に、スリットに代えて、主走査方向に延在するとともに副走査方向に所定の幅（ｖ）を有するミラー３４が配置されている。本実施形態では、このミラー３４が副走査方向の視野を制限する視野制限素子として機能する。ミラー３４の幅ｖは例えば５０μｍであってよい。さらに、第１正立等倍レンズアレイ３２の光軸Ａｘ１と第２正立等倍レンズアレイ３３の光軸Ａｘ２とのなす角が所定の角度（例えば９０°）となるように、第１正立等倍レンズアレイ３２および第２正立等倍レンズアレイ３３が配置されている。
　図１８は、ミラー３４の実施例を示す。図１８に示すように、ミラー３４は、主走査方向に長尺で副走査方向に幅ｖを有する短冊状のミラー面３４ａを有するものであってよい。
　図１９は、ミラー３４の別の実施例を示す。図１９に示すように、ミラー３４は、一定の有効面積を備えるミラー面のうち、所定の幅ｖと主走査方向に長尺である領域以外の部分を遮光膜３４ｂで遮蔽して、短冊状のミラー面３４ａを形成したものであってもよい。この場合、ミラー３４の寸法が大きくなるので、実装等の面で有利である。
　図２０は、図１７に示す正立等倍結像系３１におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す。図２０に示すように、短冊状のミラー３４を中間結像面に配置した場合でも、色分解性は良好である。
　本実施形態のように、スリットに代えてミラー３４を用いた場合、原稿面からの光線を所定の角度（例えば９０°）に曲げることができるので、イメージセンサユニットの省スペース化に有利である。
　図２１は、本発明のさらに別の実施形態に係るイメージセンサユニットにおける正立等倍結像系４１の概略図である。本実施形態において、正立等倍結像系４１は、互いの光軸が一致するように直列に配置された２つの正立等倍レンズアレイプレート（原稿面側の第１正立等倍レンズアレイプレート４２およびセンサ面側の第２正立等倍レンズアレイプレート４３）を備える。
　第１正立等倍レンズアレイプレート４２および第２正立等倍レンズアレイプレート４３は同一である。正立等倍レンズアレイプレートは、プラスチックなどの透明誘電体基板の両面に凸レンズが主走査方向に沿って多数配列されたレンズアレイプレートを、個々の凸レンズの光軸が一致するように２枚積層したものであり、原稿面側から順に、第１面レンズ５１、第２面レンズ５２、第３面レンズ５３、第４面レンズ５４を有する。また、迷光を遮光するために、第１面レンズ５１の周囲には第１面遮光壁５５が設けられ、第２面レンズ５２および第３面レンズ５３の周囲には第２―３面遮光壁５６が設けられ、第４面レンズ５４の周囲には第４面遮光壁５７が設けられている。図２２は、シミュレーションで用いた正立等倍レンズアレイプレートの寸法仕様を示す。第１面レンズ５１～第４面レンズ５４の形状は、下記の式に基づく（単位：ｍｍ）。但し、第２面レンズ５２および第４面レンズ５４については、Ｒ、ＡＤ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧの符号を逆にするものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図１および図１１で説明したＳＬＡを用いた正立等倍結像系１１と同様に、本実施形態に係る正立等倍結像系４１も、第１正立等倍レンズアレイプレート４２と第２正立等倍レンズアレイプレート４３の間の中間結像面にスリット４４が配置される。また、第２正立等倍レンズアレイプレート４３の直後に回折格子４５が配置される。
　図２３は、図２１に示す正立等倍結像系４１におけるセンサ面上の相対的光強度分布を示す。図２３に示すように、ＳＬＡに代えて正立等倍レンズアレイプレートを用いた場合も、色分解性は良好である。
　上述の実施形態では、ライン状光源がＲＧＢの各色に対応する波長として６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍの３波長の光を照射するものとしてシミュレーションを行ったが、さらに多くの波長の光を用いてもよい。例えば、４１０ｎｍ（紫外）、８５０ｎｍ（近赤外）等の光を用いてもよい。
　図２４は、図１１に示す正立等倍結像系１１において、４１０ｎｍ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍ、８５０ｎｍの５波長の光を照射するライン状光源を用いた場合のセンサ面上の相対的光強度分布を示す。このシミュレーション結果から分かるように、４１０ｎｍと４５０ｎｍの１次回折光、８５０ｎｍの１次回折光と４１０ｎｍおよび４５０ｎｍの２次回折光が色分解できていない。このような場合、ライン状光源の照射タイミングを波長毎に変えることで色分解性を改善できる。
　図２５（ａ）～（ｃ）は、ライン状光源の照射タイミングを３回に分けた場合のセンサ面上の相対的光強度分布を示す。図２５（ａ）は、第１の照射タイミングで照射した波長４１０ｎｍの光に対するセンサ面上の相対的光強度分布を示す。図２５（ｂ）は、第２の照射タイミングで照射した波長４５０ｎｍと６５０ｎｍの光に対するセンサ面上の相対的光強度分布を示す。図２５（ｃ）は、第３の照射タイミングで照射した波長５５０ｎｍと８５０ｎｍの光に対するセンサ面上の相対的光強度分布を示す。図２５（ａ）～（ｃ）から、このようにライン状光源の照射タイミングを分けることにより、色分解性を改善できることが分かる。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　１０　イメージセンサユニット、　１１、３１、４１、２００、３００、４００、５００　正立等倍結像系、　１３　原稿台ガラス板、　１４　ライン状光源、　１５　ラインイメージセンサ、　１６、３２　第１正立等倍レンズアレイ、　１７、４４、２０３　スリット、　１８、３３　第２正立等倍レンズアレイ、　１９、４５、２０２　回折格子、　３４　ミラー、　４２　第１正立等倍レンズアレイプレート、　４３　第２正立等倍レンズアレイプレート、　５１　第１面レンズ、　５２　第２面レンズ、　５３　第３面レンズ、　５４　第４面レンズ、　５５　第１面遮光壁、　５６　第２－３面遮光壁、　５７　第４面遮光壁、　６１　基板、　１００　画像読取装置、　１３１　上面、　２０１　正立等倍レンズアレイ、　２０４　凹平シリンドリカルレンズ、　３０１～３０３　受光素子（光電変換素子）。
　本発明は、イメージセンサユニットを用いた画像読取装置に利用できる。

Claims (7)

  1. 　原稿に光を照射するライン状光源と、
    　前記原稿から反射した光を受けて正立等倍像を形成するよう、原稿側から順に配置された第１正立等倍レンズアレイおよび第２正立等倍レンズアレイと、
    　前記第１正立等倍レンズアレイと前記第２正立等倍レンズアレイの間の中間結像面に配置された視野制限素子と、
    　前記第２正立等倍レンズアレイから出射された光を分光する分光素子と、
    　前記分光素子により分光された光を受光するラインイメージセンサと、
    　を備えることを特徴とするイメージセンサユニット。
  2. 　正立等倍レンズアレイを構成する単レンズの配列方向を主走査方向とし、該主走査方向と直交する方向を副走査方向としたときに、前記視野制限素子は、前記中間結像面における副走査方向の視野を制限するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサユニット。
  3. 　前記視野制限素子は、主走査方向に延在するとともに副走査方向に所定の幅を有するスリットから構成されることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサユニット。
  4. 　前記視野制限素子は、主走査方向に延在するとともに副走査方向に所定の幅を有するミラーから構成されることを特徴とする請求項２に記載のイメージセンサユニット。
  5. 　前記第１正立等倍レンズアレイと前記第２正立等倍レンズアレイは、互いの光軸のなす角が所定の角度となるよう配置されることを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサユニット。
  6. 　前記ライン状光源は、第１の照射タイミングで第１波長の光を照射し、第２の照射タイミングで前記第１波長と異なる第２波長の光を照射することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のイメージセンサユニット。
  7. 　請求項１から６のいずれかに記載のイメージセンサユニットと、
    　前記イメージセンサユニットによって検出されたデータを処理する画像処理部と、
    　を備えることを特徴とする画像読取装置。
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