DE69013694T2

DE69013694T2 - Bildlesegerät.

Info

Publication number: DE69013694T2
Application number: DE69013694T
Authority: DE
Inventors: Yukio Kurata; Shigeki Tsuji; Taizo Yokota
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-01-06
Filing date: 1990-01-03
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2010-01-04
Also published as: EP0377454B1; EP0377454A3; EP0377454A2; JPH02181474A; US4998806A; DE69013694D1; JP2568434B2

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Bildlesegeräte und spezieller betrifft sie die Verringerung der Größe und die Vereinfachung der Struktur einer Linsenanordnung in einem Bildlesegerät zum Beleuchten eines Bildes mit Licht von einer Beleuchtungslichtquelle, zum Abbilden des Lichts vom Bild auf einen Zeilensensor über die Linsenanordnung und zum elektrischen Lesen der Bildinformation.

Beschreibung des hintergrundbildenden Stands der Technik

Büromaschinen oder Übertragungsgeräte wie Kopierer oder Faksimilegerägte weisen Bildlesegeräte auf, die Bildinformation optisch lesen, die auf einer Papiervorlage oder auf Zeichnungen vorhanden ist, und die die gelesene Information in ein zu entnehmendes elektrisches Signal umsetzen. Während verschiedene Typen von Bildlesegeräten bekannt sind, weist ein Bildlesegerät mit einer repräsentativen Struktur eine Lichtquelle, eine optische Linse und einen Bildsensor auf. Was die Funktion des Bildlesegeräts betrifft, beleuchtet ein solches Gerät im allgemeinen die Bildinformation tragende Vorlage mit weißem Licht von der Lichtquelle, projiziert von dort reflektiertes Licht mit optisch verringerter Größe durch die optische Linse auf einen Zeilensensor wie einen CCD (Charge Coupled Device = ladungsgekoppeltes Bauelement)- Bildsensor, setzt dieses projlzierte Licht in ein elektrisches Signal um und liest Bildinformation.
Jedoch ist bei einem optischen System, das eine kugelförmige Linse als optische Linse verwendet, der Abstand zwischen der Vorlage und der Lichtempfangsebene für die Bildinformation erhöht, was zu einer Erhöhung der Größe des Geräts führt. Um diese Erhöhung der Größe des Geräts zu vermeiden, wird im optischen System im allgemeinen ein Reflexionsspiegel verwendet, um den optischen Pfad der Lichtstrahlen von einem Bild her abzulenken, um die Größe des Geräts zu verringern. Jedoch führt das Bereitstellen eines Bauteils wie des Reflexionsspiegels zu einer komplizierten Struktur des Geräts mit dem Nachteil, daß das Gerät nicht wirkungsvoll kompakt gemacht wird.
Indessen war in den letzten Jahren auf Grund der praktischen Anwendung einer Fokussierlinse zum Leiten von Licht ein Bildlesegerät in praktischem Gebrauch, dessen Größe dadurch verringert ist, daß ein optisches Lesesystem und ein mit gleicher Größe abbildender, anhaftender Lesezeilensensor integral ausgebildet wurden. Dieses Bildlesegerät wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 15 bis 17 beschrieben.
Gemäß Figur 15 weist dieses Bildlesegerät eine (nicht dargestellte) lichtemittierende Diode 1, die als Lichtquelle dient, eine Linsenanordnung 2 vom Typ mit Brechungsindexprofil, die das optische System bildet, und einen Zeilensensor 3 mit mehreren CCD-Bildsensoren auf, um die Bildinformation in ein elektrisches Signal umzusetzen.
Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 16 beschrieben, weist die Linsenanordnung 2 vom Typ mit Brechungsindexprofil eine große Anzahl von Fokussierlinsenelementen 2a mit Zylinderform mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm auf. Diese Fokussierlinsenelemente 2a sind zwischen Rahmenplatten 2b auf beiden Seiten derselben eingefügt. Die Rahmenplatte 2b besteht aus einer schwarzen Laminatplatte aus glasfaserverstärktem Epoxidharz (FRP = fabric based resin plate) mit beinahe denselben thermischen Expansionseigenschaften wie das Fokussierlinsenelement 2a, um thermische Verzerrung und Spannungszunahme desselben zu verringern. In die Räume zwischen die Linsenelemente 2a und der Rahmenplatte 2b ist schwarzes Silikongummiharz 2c eingefüllt. Dieses Silikongummiharz 2c dient dazu, Streulicht um die Fokussierlichtelemente 2a herum zu entfernen.
Der Betrieb des Bildlesegeräts wird nun unter Bezugnahme auf Figur 17 beschrieben. Zunächst wird Beleuchtungslicht der lichtemittierenden Diode 1 auf die Oberfläche der Vorlage 4 gerichtet. Licht vom Bild, das an der Oberfläche der Vorlage 4 reflektiert wird, wird in die Linsenanordnung 2 vom Typ mit Brechungsindexprofil eingeleitet, um fokussiert zu werden. Dieses Licht wird dann durch die Linsenanordnung 2 vom Typ mit Brechungsindexprofil hindurchgestrahlt und wird dann auf die Oberfläche des Zeilensensors 3 abgebildet. Der Zeilensensor 3 setzt das Licht dieses Bilds in ein elektrisches Signal um, um Bildinformation zu lesen.
Die konjugierte Länge TC des optischen Systems, das diese Linsenanordnung 2 mit Brechungsindexprofil verwendet, wird als TC = Z + 2l&sub0; ausgedrückt und beträgt speziell ungefähr 15 - 70 mm. Dies ermöglicht es, daß der Abstand zwischen der Ebene der Vorlage und der Ebene, in der das Bild gelesen wird, kürzer als bei einer herkömmlichen kugelförmigen Linse ist, was zu einem Bildlesegerät mit kleineren Abmessungen führt.
Während jedoch ein Bildlesegerät, das eine Linsenanordnung 2 vom Typ mit Brechungsindexprofil verwendet, größenmäßig verkleinert werden kann, entsteht der Nachteil, daß die Herstellkosten des Geräts auf Grund der Schwierigkeit des Herstellens der Linsenanordnung 2 vom Typ mit Brechungsindexprofil ansteigen.
Einige Gründe für den vorstehend genannten Nachteil sind im folgenden dargelegt:
a. Die Linsenanordnung 2 vom Typ mit Brechungsindexprofil weist einen Komplex aus drei Materialien auf, nämlich die Fokussierlinsenelemente 2a, die Rahmenplatte 2b und das Silikongummiharz 2c, und sie ist daher schwierig herzustellen.
b. Alle Fokussierlinsenelemente 2a müssen gleichmäßige Eigenschaften dahingehend aufweisen, daß sie über ein gleiches, konstantes Brechungsindexprofil verfügen, und es muß auch die Herstellgenauigkeit erhöht sein.
Ferner weist die Linsenanordnung 2 vom Typ mit Brechungsindexprofil den weiteren Nachteil auf, daß das Entfernen von Streulicht durch das schwarze Silikongummiharz 2c als Füllmaterial den Nutzungswirkungsgrad für das einfallende Licht verringert.
Ein Bilderzeugungsgerät, das dem vorstehend beschriebenen ähnlich ist, ist aus dem Dokument US-A-4,560,866 bekannt. Bei diesem bekannten Gerät wird Licht in der Linsenanordnung parallel statt rechtwinklig zum beleuchteten Gegenstand geführt. Ein Spiegel an der Eintrittsseite und ein Spiegel an der Austrittsseite der Linsenanordnung dienen dazu, daß Licht von vertikaler Richtung in horizontale Richtung und zurück in vertikale Richtung abzulenken.
Eine Linsenanordnung, die einfacher hergestellt werden kann als die Linsenanordnungen bei den vorstehend beschriebenen Geräten ist aus Patent Abstracts of Japan, Vol. 12, No. 259 (P-733) [3106], 21. Juli 1988 & JP-A-63-46 403 bekannt. Diese Linsenanordnung weist mehrere Fresnel-Mikrolinsen sowohl an der Vorder- als auch der Rückseite einer rechteckigen Trägerplatte auf.
Patent Abstracts of Japan, Vol. 7, No. 280 (E-216) [1425], 14. Dezember 1983 & JP-A-58-159 059 offenbart ein Linsensystem, in dem ein Sensor an der Unterseite eines Linsensubstrats ausgebildet ist.
Patent Abstracts of Japan, Vol. 7, No. 258 (E-211) [1403], 17. November 1983 & JP-A-58-143 665 offenbart eine Bildsensoranordnung, bei der mehrere lichtemittierende Elemente und photoelektrische Wandlerbauelemente innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bildlesegerät mit kleinen Abmessungen zu schaffen.
Das erfindungsgemäße Bildlesegerät ist durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 definiert. Gemäß dieser Lehre ist die Länge der Linsenanordnung oder der optischen Fokussiereinrichtung dadurch verringert, daß das Licht innerhalb des Trägers dieser Einrichtung mindestens zweimal zwischen der Eintrittsposition un der Austrittsposition reflektiert wird. Dadurch ist die Breite des Trägers gegenüber der Breite eines Trägers, bei dem Licht direkt von der Eintrittsposition in die Austrittsposition gestrahlt wird, etwas verbreitert, jedoch ist die Länge beträchtlich verringert. Daher kann die Größe eines Bildlesegeräts insgesamt gegenüber der Größe eines bekannten Geräts verringert werden.
Es ist insbesondere von Vorteil, ein Beugungselement an allen Reflexionspositionen anzuordnen, durch welche Maßnahme der Freiheitsgrad beim Einstellen der optischen Eigenschaften der optischen Fokussiereinrichtung vergrößert ist. Zum Beispiel ist der Abstand zwischen dem Gegenstand und der optischen Fokussiereinrichtung und/oder der Abstand zwischen dieser Einrichtung und dem Sensor (wenn der Sensor nicht auf dem Träger angeordnet ist) in einem weiteren Bereich einstellbar. Ferner ist es möglich, chromatische Aberration unter Verwendung derartiger mehrerer Beugungselemente zu verhindern.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer schematischen Struktur eines Bildlesegeräts gemäß einer Vorstufe der Erfindung;
Figur 2 ist eine Draufsicht auf eine Beugungselementanordnung, wie sie beim Bildlesegerät gemäß Figur 1 verwendet wird;
Figur 3 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Abbildung von Licht von einem Bild im in Figur 1 dargestellten Bildlesegerät;
Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht einer schematischen Struktur eines Bildlesegeräts gemaß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 5 ist eine Ansicht für Licht von einem Bild, das durch eine Beugungselementanordnung 5 abgebildet wird, wie sie beim Bildlesegerät des ersten Ausführungsbeispiels verwendet wird;
Figur 6 ist eine Ansicht für Licht von einem Bild, das durch eine Beugungselementanordnung 5 abgebildet wird, wie sie bei einem Bildlesegerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, das eine Variation des ersten Ausführungsbeispiels ist;
Figur 7 ist eine perspektivische Ansicht einer schematischen Struktur eines Bildlesegeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Figur 8 ist eine Draufsicht auf eine Beugungselementanordnung, wie sie beim dritten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
Figur 9 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Abbildung von Licht von einem Bild beim Bildlesegerät des dritten Ausführungsbeispiels;
Figur 10 ist eine perspektivische Ansicht einer schematischen Struktur eines Bildlesegeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 11 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Abbildung von Licht von einem Bild durch eine Beugungselementanordnung, wie sie beim vierten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
Figur 12 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Abbildung von Licht von einem Bild durch eine Beugungselementanordnung eines Bildlesegeräts gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 13 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Abbildung von Licht von einem Bild durch eine Beugungselementanordnung eines Bildlesegeräts gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 14 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen der Abbildung durch eine Beugungselementanordnung eines Bildlesegeräts gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 15 ist eine perspektivische Ansicht einer schematischen Struktur eines herkömmlichen Bildlesegeräts;
Figur 16 ist eine Vorderansicht einer Linsenanordnung vom Typ mit Brechungsindexprofil, wie beim herkömmlichen Bildlesegerät verwendet; und
Figur 17 ist ein Querschnitt durch eine schematische Struktur im Hinblick auf die Funktion eines herkömmlichen Bildlesegeräts.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Eine Vorform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 - 3 beschrieben.
Gemäß Figur 1 weist ein Bildlesegerät eine (nicht dargestellte), lichtemittierende Diode 1 und einen Zeilensensor 3 mit einer Beugungselementanordnung 5 und einem CCD-Bildsensor auf. Der Zeilensensor 3 ist an einer Position vorhanden, an der er der Vorlage 4 über die Beugungselementanordnung 5 hinweg gegenübersteht.
Gemäß Figur 2 weist die Beugungselementanordnung 5 einen rechteckigen Träger 5a aus einem transparenten Material wie Glas oder Kunststoff auf. Eine Ebene des Trägers 5a in Längsrichtung ist die Einfallsebene 6, während die dieser Eintrittsebene 6 gegenüberstehende Ebene die Emissionsebene 7 ist. Mehrere Beugungselemente 8 wie Fresnel-Linsen sind planar auf der Oberfläche der Eintrittsebene 6 und der Oberfläche der Emissionsebene 7 angeordnet. Die Beugungselemente 8 bedecken die gesamten Flächen der Eintrittsebene 6 und der Emissionsebene 7.
Die Wirkung dieser Beugungselementanordnung 5 wird nun unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben. Bildinformation P auf der Oberfläche der Vorlage 4, die Beleuchtungslicht von der lichtemittierenden Diode erhält, wird zur Eintrittsebene 6 der Beugungselementanordnung 5 gerichtet, es durchstrahlt ein Beugungselement 8a auf dieser Eintrittsebene 6 und tritt in die Beugungselementanordnung 5 ein. Nach dem Erstellen eines umgekehrten reellen Bildes Q&sub1; der Bildinformation P innerhalb der Beugungsanordnung 5 wird die Bildinformation P durch ein Beugungselement 8b hindurchgestrahlt, das auf der Ebene 7 der Beugungselementanordnung 5 ausgebildet ist, um an der Position Q ein hochstehendes reelles Bild zu erzeugen. Dann wird die Bildinformation P photoelektrisch durch den (nicht dargestellten) Zeilensensor 3 umgesetzt, der an der Position Q angeordnet ist, damit sie gelesen wird. In dieser Figur ist der Abstand zwischen der Bildinformation P auf der Oberfläche der Vorlage 4 und dem aufrechtstehenden reellen Bild, das am Zeilensensor 3 gebildet wird, d.h. die konjugierte Länge TC durch die Gesamtsumme aus dem Differenzabstand l&sub1; auf der cegenstandsseite, dem Differenzabstand l&sub2; auf der Bildseite und der Dicke Z des Trägers der Beugungselementanordnung 5 repräsentiert. Die Differenzabstände l&sub1; und l&sub2; auf den jeweiligen Seiten des Gegenstands bzw. des Bilds werden durch die Form des Gitters der Beugungselemente 8a und 8b bestimmt, die jeweils auf der Eintrittsebene 6 bzw. der Emissionsebene 7 der Beugungselementanordnung 5 vorhanden sind.
Jedes Beugungselement wie eine Fresnel-Linse verfügt über die Form eines gleichmäßigen, gekrümmten Gitters mit Mikroabstand. Ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Beugungselements umfaßt die Schritte des Herstellens eines Formwerkzeugs mit der Form des Gitters, wie durch ein Verfahren mit direktem Schreiben durch einen Elektronenstrahl, durch Belichtung unter Verkleinerung und dergleichen hergestellt, und dann des Erstellens einer Kopie unter Verwendung dieses Formwerkzeugs. Dieses Verfahren ermöglicht Massenherstellung dieses Beugungselements und demgemäß eine beträchtliche Kostenverringerung im Vergleich zu einer herkömmlichen Linsenanordnung vom Typ mit Brechungsindexprofil oder dergleichen. Ferner kann der Beugungswirkungsgrad des Beugungselements der doppelte oder mehr desjenigen eines Beugungselements vom Stufentyp sein, wenn ein Beugungsgitter mit Blaze-Winkel verwendet wird, und es wird möglich, Übersprechen auf Grund der Beugung mit einem nicht erforderlichen Beugungsgrad zu verhindern, was bei der praktischen Verwendung zu keinen speziellen Schwierigkeiten führt.
Wie in Figur 2 dargestellt, sind die Beugungselemente 8 ohne jeden Abstand auf der gesamten Fläche der Eintrittsebene 6 oder der Emissionsebene 7 des Trägers 5a ausgebildet. Diese Ausbildung ermöglicht es, den Nutzungswirkungsgrad für Licht im Vergleich zu dem bei einer herkömmlichen Linsenanordnung zwei vom Typ mit Brechungsindexprofil zu erhöhen.
Das Bildlesegerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß es ein Prisma 9 für den Träger 5a der Beugungselementanordnung 5, im Gegensatz zum Fall bei der Vorstufe, verwendet. Die Gesamtstruktur des Geräts ist mit derjenigen der Vorstufe identisch, wie in Figur 4 dargestellt. Gemäß Figur 5 ist das Prisma 9 dieses Ausführungsbeispiels ein Polygonalprisma mit einer Eintrittsebene 6, einer Emissionsebene 7 und vier Reflexionsebenen 10a, 10b, 10c und 10d. Beugungselemente 8a und 8b sind jeweils auf der Eintrittsebene 6 und der Emissionsebene 7 dieses Prismas 9 vorhanden. Im Betrieb wird der optische Pfad von Licht von einem Bild, das durch das auf der Eintrittsebene 6 ausgebildete Beugungselement 8a hindurchstrahlt und dann in das Prisma 9 eintritt, zunächst an der Reflexionsebene 10a des Prismas 9 und dann an der Reflexionsebene 10b abgelenkt, um einmal ein umgekehrtes reelles Bild Q&sub1; auszubilden. Weiterhin wird dieser optische Pfad an den Reflexionsebenen 10c und 10d abgelenkt und durch das auf der Emissionsebene 7 ausgebildete Beugungselement 8b hindurchgestrahlt. Das hindurchgestrahlte Licht wird dann nach außen gegeben, um an einer vorgegebenen Position Q ein aufrechtstehendes Bild auszubilden. Mit der Beugungselementanordnung 5, die dieses Prisma 9 verwendet, wird ein kürzerer gerader Abstand für den optischen Pfad erzielt, und zwar auf Grund des Ablenkens des optischen Lichtpfads innerhalb des Prismas 9. Demgemäß kann die Dicke Z des Prismas 9 im Vergleich zu derjenigen der in Figur 3 dargestellten Beugungselementanordnung 5 verringert werden. Dies führt zu einer Verringerung der konjugierten Länge TC der Beugungselementanordnung und demgemäß zu einer Größenverringerung des Geräts.
Das zweite Ausführungsbeispiel, das eine Variation des ersten Ausführungsbeispiels ist, ist in Figur 6 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind weiterhin andere Beugungselemente 8c - 8f jeweils auf den Reflexionsebenen 10a - 10d des in Figur 5 dargestellten Prismas 9 vorhanden, um die Genauigkeit zu verringern, wie sie für den Reflexionswinkel im Prisma erforderlich ist. Das heißt, daß hinsichtlich der Reflexion, wie sie unter Verwendung der Reflexionsebenen des in Figur 5 dargestellten Prismas 9 hervorgerufen wird, die Position des Abbildungspunkts Q auf Grund eines Winkelfehlers der Reflexionsebenen abweicht. Bei der Ablenkung eines Lichtflusses unter Verwendung von Beugung durch ein Hologramm mit einem Beugungselement wird jedoch, allgemein gesagt, die Beugungsrichtung des Lichtflusses durch die Gitterabstände bestimmt, so daß diese Richtung durch Winkelfehler der Ebene, auf der das Beugungselement ausgebildet ist, kaum beeinflußt wird. Eine solche Wirkung des Beugungselements ermöglicht eine Verringerung der Genauigkeit des Reflexionswinkels des Prismas und eine Erniedrigung der Herstellkosten desselben.
Ferner ist es möglich, Gitter auf den Beugungselementen 8c - 8f, die auf den Reflexionsebenen dieses Prismas 9 vorhanden sind, so auszubilden, daß diese Beugungselemente 8c - 8f als Linsen wirken können, auf dieselbe Weise wie die Beugungselemente 8a und 8b, die auf der Eintrittsebene 6 bzw. der Emissionsebene 7 vorhanden sind. Eine derartige Konstruktion führt zu verbesserter Massenherstellbarkeit für die Form der Beugungselemente 8a - 8f auf der Eintrittsebene 6, der Emissionsebene 7 und den Reflexionsebenen des Prismas 9. Dies sorgt ferner dafür, daß die Differenzabstände 11 und 12 auf der Gegenstandsseite bzw. der Bildseite in einem größeren Bereich einstellbar sind, so daß die Dif£erenzabstände nach Belieben abhängig von der Struktur des Systems des Bildlesegeräts festgelegt werden können.
Darüber hinaus verhindert die in Figur 6 dargestellte Transmissionsstruktur der mehreren Beugungselemente 8a - 8f ein Auftreten chromatischer Aberration. Das heißt, daß die Beugungselemente, allgemein gesagt, im Prinzip chromatische Aberration für Licht mit einer einzigen Wellenlänge ausschließen können. Jedoch verwendet ein allgemeines Bildlesegerät eine lichtemittierende Diode, die Licht mit mehreren Wellenlängen als Beleuchungslichtquelle für eine Vorlage emittiert. Daher tritt chromatische Aberration auf, wenn nur ein Beugungselement auf einer Ebene vorhanden ist. Demgemäß sind Gittermuster an den Beugungselementen so ausgebildet, daß die chromatische Aberration durch Beugung an den mehreren Beugungselementen in zwei oder mehr Ebenen gegenseitig korrigiert werden, so daß ein klar erkennbares Bild ohne jede chromatische Aberration gelesen werden kann. Diese Wirkung wird detaillierter für den Fall beschrieben, daß z. B. zwei Beugungselemente verwendet werden. Wenn das erste Beugungselement eine Änderung des Beugungswinkels von Licht abhängig von einer Wellenlängenänderung hervorruft, können die Gittermuster des ersten und des zweiten Beugungselements durch numerische Berechnung mit Hilfe eines Computers so konstruiert werden, daß das zweite Beugungselement diese Änderung des Beugungswinkels durch das erste Beugungselement so korrigiert, daß Licht auf denselben Brennpunkt gerichtet wird. Diese Wirkung einer Korrektur der chromatischen Aberration ist nicht auf diese Kombination zweier Beugungselemente beschränkt, sondern sie kann mit einer Kombination mehrerer Beugungselemente erzielt werden.
Nachfolgend wird das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren 7 - 9 beschrieben. Figur 7 ist eine perspektivische Ansicht einer schematischen Struktur des Bildlesegeräts dieses Ausführungsbeispiels. Wie in dieser Figur dargestellt, ist die Grundstruktur des Geräts dieses Ausführungsbeispiels dieselbe, wie sie in den Figuren 1 und 4 dargestellt ist. Das Merkmal dieses Ausführungsbeispiels liegt in der Form der Anordnung der Beugungselemente 8 in der in Figur 8 dargestellten Beugungselementanordnung 5. Gemäß Figur 8 weist die Beugungselementanordnung 5 einen rechteckigen Träger 5a auf. Eine Ebene des Trägers 5a in Längsrichtung ist eine Eintrittsebene 6 für Licht von einem Bild, während die andere Ebene, die dieser Eintrittsebene 6 gegenübersteht, eine (nicht dargestellte) Emissionsebene 7 ist. Auf der Eintrittsebene 6 des Trägers 5a sind eine Beugungselementanordnung 11 für Eintritt und eine Beugungselementanordnung 12 für Reflexion angeordnet, in welchen Anordnungen mehrere Beugungselemente 8 aufeinanderfolgend dicht aneinander angeordnet sind. Auf ähnliche Weise sind auf der Emissionsebene 7 des Trägers 5a eine Beugungselementanordnung 12 für Reflexion und eine (nicht dargestellte) Beugungselementanordnung 13 für Emission ausgebildet, in welchen Anordnungen die mehreren Beugungselemente 8 aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Es wird nun auf Figur 9 Bezug genommen, um die Erstellung eines Bildes unter Verwendung der Beugungselementanordnung 5 bei diesem Ausführungsbeispiel zu beschreiben. Bildinformation P auf der Oberfläche der Vorlage 4 wird mit Beleuchtungslicht von der lichtemittierenden Diode 1 beleuchtet und Licht von diesem Bild wird dann durch ein Beugungselement 8a, das die Beugungselementanordnung 11 für Eintrittslicht bildet und auf der Eintrittsebene 6 der Anordnung 5 ausgebildet ist, fokussiert und durch dieses hindurchgestrahlt, um dadurch in das Element 8a eingeleitet zu werden. Das in das Beugungselement 8a eingeleitete Licht wird durch ein auf der Emissionsebene 7 des Trägers 5a ausgebildetes Beugungselement 8c gebeugt und erreicht dann ein auf der Eintrittsebene 5 des Trägers 5a ausgebildetes Beugungselement 8d. Dieses Licht wird dann durch dieses Beugungselement 8d gebeugt und erreicht ein auf der Emissionsebene 7 des Trägers 5a ausgebildetes Beugungselement 8b. Nachdem einmal ein umgekehrtes reelles Bild Q&sub1; innerhalb des Trägers 5a der Beugungselementanordnung 5 ausgebildet ist, wird die Bildinformation P durch das Beugungselement 8b nach außen gegeben, um an einer vorgegebenen Position ein aufrechtstehendes reelles Bild auszubilden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der optische Pfad des Lichts vom Bild innerhalb der Beugungselementanordnung 5 dadurch abgelenkt, daß die Beugungselemente 8c, 8d für Reflexion auf der Eintrittsebene 6 bzw. der Emissionsebene 7 der Anordnung 5 ausgebildet sind, wodurch die gerade Erstreckung des optischen Pfads verkürzt wird. Dies führt zu einer Verringerung der Dicke Z der Beugungselementanordnung und ermöglicht demgemäß eine Verringerung der konjugierten Länge TC der Beugungselementanordnung 5, wodurch ein Gerät mit kleineren Abmessungen realisiert wird.
Ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bildlesegeräts wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren 10 und 11 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die als Lichtquelle dienende lichtemittierende Diode integral mit der Beugungselementanordnung 5 ausgebildet ist. Das heißt, daß die lichtemittierende Diode 1 anhaftend an der Emissionsebene 7 der Beugungselementanordnung 5 befestigt ist, wie in den Figuren 10 und 11 dargestellt. Die anzubringende lichtemittierende Diode 1 weist einen Halbleiterchip 1a für die lichtemittierende Diode und einen zugehörigen Gehäusebereich 1b auf. Beugungselemente 8e und 8f zum Fokussieren von Licht, wie es von der lichtemittierenden Diode 1 emittiert wird, sind auf der Emissionsebene 7 der Beugungselementanordnung 5, wie sie in Emissionsrichtung der lichtemittierenden Diode 1 liegt, bzw. auf der Eintrittsebene 6 der Anordnung 5 ausgebildet. Das Vorsehen dieser Beugungselemente 8e und 8f macht es möglich, daß keine konvergierende Linse an der Emissionsposition des Gehäuses der lichtemittierenden Diode 1 vorhanden sein muß, was zu einer vereinfachten Struktur der lichtemittierenden Diode 1 führt. Die Größe des Geräts wird dadurch verringert, daß die lichtemittierende Diode 1 und die Beugungselementanordnung 5 integral ausgebildet sind.
Nachfolgend wird das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das eine Variation des vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiels ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind, wie dies in Figur 12 dargestellt ist, das auf der Oberfläche der Eintrittsebene 6 der Beugungselementanordnung 5 ausgebildete Beugungselement 8f und das an der Eintrittsposition von Licht von einem Bild ausgebildete Beugungselement 8a integral miteinander ausgebildet, um als konvergierende Linse für die lichtemittierende Diode 1 verwendet zu werden. Beim Betrieb dieser Beugungselemente 8f und 8a wird das von der lichtemittierende Diode 1 her zugeführte Beleuchtungslicht durch das Beugungselement 8e fokussiert und dadurch zum Beugungselement 8a hin gebeugt, das auf der Eintrittsebene 6 vorhanden ist. Da der Lichtfluß von der lichtemittierenden Diode 1 in derselben optischen Pfadrichtung wie das Beugungslicht der negativen ersten Ordnung vom Beugungselement 8a liegt, wird es in ein Bild P gebeugt und geeignet so konvergiert, daß es das Bild beleuchtet. Das vom Bild P auf Grund dieses Beleuchtungslichts reflektierte Licht wird erneut durch das Beugungselement 8a hindurchgestrahlt, um in die Beugungselementanordnung 5 eingeleitet zu werden. Wie vorstehend beschrieben, dient das Beugungselement 8a sowohl als Linse zum Fokussieren und Transmittieren von Licht vom Bild wie auch als konvergierende Linse für die lichtemittierende Diode.
Das Bildlesegerät gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Variation des vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsbeispiels ist, ist durch eine vereinfachte Struktur der lichtemittierenden Diode 1 gekennzeichnet. Das heißt, daß wie dies in Figur 13 dargestellt ist, der Halbleiterchip 1a der lichtemittierenden Diode 1 direkt klebend an der Oberfläche der Beugungselementanordnung 5 an einer vorgegebenen Position der Emissionsebene 7 der Anordnung 5 befestigt ist. Diese Struktur erfordert kein Gehäuse für die lichtemittierende Diode 1 und führt so zu einem einfacheren und kleineren Gerät.
Das Bildlesegerät gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Emissionsebene 7 der Beugungselementanordnung 5 zu befestigende Zeilensensor 3 ausgebildet ist, im Vergleich zum vorstehend beschriebenen sechsten Ausführungsbeispiel. Das heißt, daß, wie dies in Figur 14 dargestellt ist, der Zeilensensor 3 fest an einer Position auf der Emissionsebene 7 angebracht ist, von der Licht von einem Bild nach außen emittiert wird.
Das an dieser Position vorhandene Beugungselement 8b ist weggelassen. Vergrößerungseffekte, wie durch Linsen, der jeweiligen Beugungselemente 8a - 8c und 8d wie an der Beugungselementanordnung 5 vorhanden, führen zu einer solchen Struktur, daß Licht von einem Bild auf die Oberfläche des Zeilensensors 3 abgebildet wird, der auf der Emissionsebene 7 der Beugungselementanordnung 5 befestigt ist. Diese Struktur erfordert keinen Differenzabstand l&sub2; auf der Gegenstandsseite, wie er beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erforderlich ist, und demgemäß ist die konjugierte Länge TC der Beugungselementanordnung 5 wesentlich verringert, um eine Verringerung der Größe des Geräts zu erzielen. Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel wird ein Beugungsgitter wie eine Fresnel-Linse oder ein Hologramm für das Beugungselement verwendet.
Wie bisher beschrieben, kann durch die Erfindung ein Bildlesegerät mit geringen Kosten, das Massenherstellung durch Verwendung einer Kopie-Herstelltechnologie oder dergleichen zugänglich ist, realisiert werden, da eine Linsenanordnung dieses Bildlesegeräts dadurch gebildet wird, daß Beugungselemente auf der Eintrittsebene und der Austrittsebene eines Trägers hergestellt werden.
Ferner ist dieses Ausführungsbeispiel so strukturiert, daß Licht vom Bild innerhalb der Linsenanordnung abgelenkt wird, wodurch es möglich ist, die Länge des optischen Pfads desselben zu verkürzen, wodurch Verringerungen der Dicke der Linsenanordnung und des optischen Pfads im optischen System zu einer Verringerung der Größe des Geräts führen können.
Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung führt die integrale Ausbildung der Linsenanordnung mit der Lichtquelle oder dem Bildsensor im Bildlesegerät zu einem Gerät mit vereinfachter Struktur und verringerter Größe.

Claims

1. Bildlesegerät mit:

a) einer Lichtquelle (1), die die Oberfläche eines Gegenstands mit Beleuchtungslicht beleuchtet;

b) einer optischen Fokussiereinrichtung (5) zum Empfangen von vom Gegenstand reflektiertem Licht innerhalb einer Eintrittsposition, um das Licht zu einer Austrittsposition zu übertragen, und zum Ausbilden eines Bilds des Gegenstands an einer vorgegebenen Bildposition, wobei die optische Fokussiereinrichtung folgendes aufweist:

b1) einen transparenten Träger (5a) mit einer Eintrittsebene, die die Eintrittsposition enthält, und einer Emissionsebene, die die Austrittsposition enthält;

b2) ein erstes Beugungselement (8a), das an der Eintrittsposition ausgebildet ist; und

b3) ein zweites Beugungselement; und

c) einer Bildsensoranordnung (3) , die an der Bildposition vorhanden ist und das Bild in ein elektrisches Signal umsetzt, um das Bild des Gegenstands zu lesen;

dadurch gekennzeichnet, daß die optische Fokussiereinrichtung (5) so ausgebildet ist, daß sie das Licht mindestens zweimal innerhalb des Trägers (5a) zwischen der Eintrittsposition und der Austrittsposition reflektiert.

2. Bildlesegerät nach Anspruch 1, bei dem der Träger (5) ein V-förmiges Prisma mit einem eintrittsseitigen Schenkel und einem austrittsseitigen Schenkel ist, von denen jeder eine Innenfläche, die zur Innenseite des "V" gerichtet ist, und eine Außenseite, die zur Außenseite des "V" gerichtet ist, aufweist, wodurch das Licht von der Eintrittsposition zunächst von einer ersten Reflexionsposition an der Innenseite des Eintrittsschenkels zu einer zweiten Reflexionsposition an der Außenseite des Schenkels reflektiert wird, von dort zu einer dritten Reflexionsposition an der Außenseite des Austrittsschenkels von dort zu einer vierten Reflexionsposition an der Innenseite des Austrittsschenkels und schließlich von dort zur Austrittsposition, an der das zweite Beugungselement (8b) vorhanden ist.

3. Bildlesegerät nach Anspruch 2, bei dem ein Beugungselement (8c, 8d, 8e, 8f) an jeder der ersten bis zweiten Reflexionsposition vorhanden ist.

4. Bildlesegerät nach Anspruch 1, bei dem der Träger (5) ein rechteckiger Träger mit einer Eintrittsfläche mit der Eintrittsposition und einer Austrittsfläche mit der Austrittsposition ist, in welchem Träger das Licht dann, wenn es an der Eintrittsposition eintritt, durch das erste Beugungselement (8a) zu einer Position im zweiten Beugungselement (8c) reflektiert wird, das auf der Austrittsfläche liegt, dort zu einer Position reflektiert wird, an der ein drittes Beugungselement (8d) liegt, und dann zur Austrittsposition reflektiert wird.

5. Bildlesegerät nach Anspruch 4, bei dem ein viertes Beugungselement (8b) an der Austrittsposition angeordnet ist.

6. Bildlesegerät nach Anspruch 4, bei dem die Bildposition mit der Austrittsposition übereinstimmt und daher der Bildsensor direkt auf dem Träger (5) an der Austrittsposition angeordnet ist.

7. Bildlesegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Beugungselemente (8a, 8h, 8c, 8d, 8e, 8f) so angeordnet sind, daß sie für eine Kompensation betreffend chromatische Aberration sorgen.

8. Bildlesegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungselemente (8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f) Fresnel-Linsen sind.