(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原稿の画像光を受光して当該原稿の画像を読取る撮像素子と、
この撮像素子に対する前記画像光の結像位置を主走査方向にシフトする光路偏向素子と、
前記撮像素子及び前記光路偏向素子を制御して、前記原稿の複数の位置の画素を前記光路偏向素子による前記シフトにより前記撮像素子の共通の画素により時分割で受光することで、前記撮像素子の解像度を増倍する制御手段と、
を備え、
前記光路偏向素子は、
透明な一対の基板間にホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層を充填してなる液晶セルと、
前記液晶層に対して前記基板の面方向の電界を加える電極と、
を備えている、
画像読取装置。
【請求項２】
前記電極は、前記一対の基板間に設けられて前記液晶層の厚さを規制するスペーサを兼用している、
請求項１に記載の画像読取装置。
【請求項３】
前記光路偏向素子の光の入射側又は出射側に設けられ、前記シフトの方向に平行な偏光面の光のみを透過する直線偏光板を備えている、
請求項１又は２に記載の画像読取装置。
【請求項４】
前記光路偏向素子は、前記シフトの量がほぼ等しいものを２つ、互いの前記シフトの方向がほぼ平行となる向きで光路に対して直列になるように設けていて、
この両光路偏向素子間に直線偏光面をほぼ９０度回転する偏光面回転素子を設けている、
請求項１〜３の何れかの一に記載の画像読取装置。
【請求項５】
前記光路偏向素子は、前記液晶層がその厚さ方向に直線偏光面をほぼ９０度回転させる偏光面回転素子で分割されていて、この偏光面回転素子で分割されている各液晶層での前記シフトの量はほぼ等しい、
請求項１〜３の何れかの一に記載の画像読取装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかの一に記載の画像読取装置と、
この画像読取装置で読取った画像データに基づいて画像形成を行なうプリンタエンジンと、
を備えている画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像読取装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル複写機やイメージスキャナ等に使用する画像読取装置は、原稿の画像を第１走行体、第２走行体を駆動して読取走査し、結像レンズを介して、画像光をＣＣＤを用いた固体撮像素子に結像させて画像読取を行なっている。
【０００３】
このような画像読取装置において、画素数を増やすことによる、画素毎の感度ばらつき、固体撮像素子自身のそり、製造コストの増大、装置の大型化、固体撮像素子の読取画素クロックの向上等を伴うことなく、読取密度の改善による高画質を実現し、また、解像特性を悪化させることなく、いわゆるモアレ画像を抑制するために、例えば、固体撮像素子を主走査方向にシフトし、固体撮像素子の隣り合う画素の受光部の間を読取るようにして読取密度を向上する手段として、画素ずらし法（画素シフト法、イメージシフト法、ピクセルシフト法とも呼ばれる）が提案されている。
【０００４】
しかし、画素位置をずらした２回の読取画像を合成する場合、固体撮像素子をシフトする前後でスキャンをするため、スキャン回数が増加してしまい、また、一度のスキャン動作の中で画素位置をずらしながら読取る場合には、高速で画素位置をずらす必要があり、さらに、画素位置をずらすためには、固体撮像素子自体をピエゾ素子などにより移動させ、あるいは、平板ガラスのような光学部品を角度を回転させて光路をシフトする場合は、いずれの場合も機械部品を用いるため、機械的構造が複雑化するうえに、高速で位置をずらす場合には振動や音の発生や機械的耐久性や信頼性が問題となる（例えば、特開平９−１１６７０４号公報参照）。
【０００５】
そこで、電気光学的に光路をシフトする素子として、偏光面を回転する液晶素子と複屈折板の組合せが提案されている（例えば、特開平５−３４４４３１号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
液晶素子と複屈折板の組合せた画像読取装置においては、高速応答性を実現するため、使用する液晶素子を表面安定型強誘電性液晶セルとすることも考えられる。
【０００７】
すなわち、電界切換時の液晶ダイレクタの配向方向の変化が４５度となるような液晶材料を用い、液晶ダイレクタの方向が入射光の直線偏光面と平行あるいは４５度の関係になるように切換えることで、偏光面を９０度回転させることができる。そして、液晶セルの後に複屈折板を設けておくと、複屈折板に対して常光成分となる偏光面の時には光は直進し、異常光成分となる偏光面の時には光は平行にシフトする。光路のシフト量は複屈折板の光学軸の方向や厚さによって決まる。強誘電性液晶セルは高速スイッチングが可能であり、高速な光路シフトが実現できるという利点もある。
【０００８】
しかしながら、かかる技術においては以下のような不具合がある。すなわち、▲１▼．表面安定型強誘電性液晶セルは、セルギャップの制御が高精度に要求される。▲２▼．表面安定型強誘電性液晶セルは、光路中に透明電極対が必要であり、セルの透過率が低下する。▲３▼．複屈折板として機能する光学結晶は一般に高価であり、比較的大きな面積の光学結晶を用いることは製造コストを吊り上げる。▲４▼．光複屈折板中を直進する光路と斜めに進む光路を切換えるため、両光路には光路長差が生じて焦点位置がずれる。▲５▼．光路の移動量は光学結晶の複屈折性と厚さで決まってしまうため、光路の移動量は固定化されている。
【０００９】
この発明の目的は、高速応答が可能で、光利用効率が高く、電界強度に応じてシフト量が調整可能であり、結像位置をシフトした時の光路長の変化がなく、高速で高精細な画像読取を行なうことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、原稿の画像光を受光して当該原稿の画像を読取る撮像素子と、この撮像素子に対する前記画像光の結像位置を主走査方向にシフトする光路偏向素子と、前記撮像素子及び前記光路偏向素子を制御して、前記原稿の複数の位置の画素を前記光路偏向素子による前記シフトにより前記撮像素子の共通の画素により時分割で受光することで、前記撮像素子の解像度を増倍する制御手段と、を備え、前記光路偏向素子は、透明な一対の基板間にホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層を充填してなる液晶セルと、前記液晶層に対して前記基板の面方向の電界を加える電極と、を備えている、画像読取装置である。
【００１１】
したがって、撮像素子が低解像度であっても、その見かけ上の解像度を増倍して高解像度の画像読取を行なうことができる。そして、光路偏向素子には、ホメオトロピック配向をなすキラルスメクチックＣ相の液晶層を用い、基板の面方向の電界を印加することで液晶駆動を行なうので、液晶の自発分極による高速応答が可能で、光路中に透明電極が無いため光利用効率が高く、電界強度に応じてシフト量が調整可能であり、結像位置をシフトした時の光路長の変化がなく、高速で高精細な画像読取を行なうことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像読取装置において、前記電極は、前記一対の基板間に設けられて前記液晶層の厚さを規制するスペーサを兼用している。
【００１３】
したがって、電極がスペーサを兼用しているので、部品点数を減らすことができるとともに、液晶層の厚さを確実に均一化することもでき、また、液晶層内に均一な電界を印加することもできる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像読取装置において、前記光路偏向素子の光の入射側又は出射側に設けられ、前記シフトの方向に平行な偏光面の光のみを透過する直線偏光板を備えている。
【００１５】
したがって、直線偏光板を設けることで、光路偏向素子を透過する光に不要な偏光面の光が混ざって、光路がシフトされない光の成分が撮像素子の不要な位置に露光されるのを防止し、高精細で高コントラストの画像読取を行なうことができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかの一に記載の画像読取装置において、前記光路偏向素子は、前記シフトの量がほぼ等しいものを２つ、互いの前記シフトの方向がほぼ平行となる向きで光路に対して直列になるように設けていて、この両光路偏向素子間に直線偏光面をほぼ９０度回転する偏光面回転素子を設けている。
【００１７】
したがって、最初の光路偏向素子に入射した光のうち、異常光成分は光路がシフトされ、常光成分はそのまま直進して出射し、次に、偏光面回転素子で偏光面が９０度回転すると、最初の光路偏向素子でシフトされた光は、２番目の光路偏向素子の常光成分となって直進し、最初の光路偏向素子を直進した光は２番目の光路偏向素子の異常光成分となってシフトし、また、両光路偏向素子はシフトの量がほぼ等しいので、全ての偏光成分を同一にシフトすることができ、一方向の直線偏光を用いる場合に比べて、光の利用効率をほぼ２倍にすることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れかの一に記載の画像読取装置において、前記光路偏向素子は、前記液晶層がその厚さ方向に直線偏光面をほぼ９０度回転させる偏光面回転素子で分割されていて、この偏光面回転素子で分割されている各液晶層での前記シフトの量はほぼ等しい。
【００１９】
したがって、最初の液晶層に入射した光のうち、異常光成分は光路がシフトされ、常光成分はそのまま直進して出射し、次に、偏光面回転素子で偏光面が９０度回転すると、最初の液晶層でシフトされた光は、２番目の液晶層の常光成分となって直進し、最初の液晶層を直進した光は２番目の液晶層の異常光成分となってシフトし、また、両液晶層はシフトの量がほぼ等しいので、全ての偏光成分を同一にシフトすることができ、一方向の直線偏光を用いる場合に比べて、光の利用効率をほぼ２倍にすることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかの一に記載の画像読取装置と、この画像読取装置で読取った画像データに基づいて画像形成を行なうプリンタエンジンと、を備えている画像形成装置である。
【００２１】
したがって、請求項１〜５の何れかの一に記載の発明と同様の作用、効果を奏することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、この実施の形態にかかる画像読取装置の全体構成を示す概念図である。図１に示すように、この画像読取装置１は、原稿２を載置する原稿台３と、照明４及び第１ミラー５を備えた第１走行体６と、第２ミラー７及び第３ミラー８を備えた第２走行体９と、結像レンズ１０と、ＣＣＤで構成される固体撮像素子１１と、を備えている。また、固体撮像素子１１の前面に光路偏向素子１２が設けられ、光路偏向素子１２には所定の周波数の矩形波電圧を出力する矩形波交流電源１３が接続されている。
【００２４】
この画像読取装置１は、原稿台３の上の原稿２を、照明４により照明し、その反射光を、副走査方向に走査する第１走行体６の折り返しミラーである第１ミラー５を介し、また、第１走行体６の半分のスピードで副走査方向に走査する第２走行体９の折り返しミラーである第２ミラー７と第３ミラー８とを介し、結像レンズ７により、光路偏向素子１２を通して固体撮像素子１１に結像させて、原稿の画像を読取る。
【００２５】
そして、図２に示すように、固体撮像素子１１の画素１１ａのピッチがＰμｍの場合、光路偏向素子１２によって光路を画素２ａ，２ｂ，２ａ，２ｂ，…の配列方向（主走査方向）にＰ／２μｍだけ高速に往復移動することで、画素ピッチ間の位置を補間した２倍の画素密度の読取りが可能となる。固体撮像素子１１は白黒画像の読取用に画素（フォトセル）ラインが一列に配列した構成としても、カラー画像の読取用に赤、緑、青用の３つの画素ラインが平行に配列した構成としてもよい。
【００２６】
図２、図３に示すように、光路偏向素子１２は、液晶セル３８を備えている。この液晶セル３８には、一対の透明な基板３１，３１が対向配置させて設けられている。透明な基板３１の材料としては、ガラス、石英、プラスチックなどを用いることができるが、複屈折性の無い透明材料が望ましい。また、基板３１の厚さは数十μｍ〜数ｍｍが望ましい。
【００２７】
基板３１の内側面には垂直配向膜３２が形成されている。垂直配向膜３２は基板３１の表面に対して液晶分子を垂直配向（ホメオトロピック配向）させることができる材料ならば、その材質は特に限定されないが、例えば、液晶ディスプレイ用の垂直配向剤やシランカップリング剤、ＳｉＯ２蒸着膜などを用いることができる。なお、ここにいう垂直配向（ホメオトロピック配向）とは、基板３１面に対して液晶分子が垂直に配向した状態だけではなく、数十度程度までチルトした配向状態も含む。
【００２８】
両基板３１，３１の間隔はスペーサ３３を挟んで規定し、基板３１，３１間に液晶層３４を形成する。スペーサ３３としては数μｍ〜数十μｍ程度の厚さを持つシート部材あるいは同程度の粒径の粒子、などが用いられ、素子１２の光透過部の有効領域外に設けられることが望ましい。
【００２９】
液晶層３４に電界を加えるための電極３５としては、アルミ、銅、クロムなどの金属、あるいはＩＴＯなどの透明電極などが用いられる。電極３５は、図３では、透明基板３１，３１の側面に形成されているが、透明基板３１の板面方向の電界（水平電界）が印加可能な構成であれば、この配置に限られない。液晶層３４内に均一な水平電界を印加するためには、液晶層３４の厚さ以上の幅あるいは厚さの金属層を電極３５として用いることが望ましい。
【００３０】
光路偏向素子１２の光透過部の有効領域の幅は、対応する固体撮像素子１１の有効幅に対応させ、数百μｍ〜数ｍｍとする。なお、カラー画像読取用の場合は光透過領域の有効領域幅を広めに設定する必要がある。一般的には各色のライン間距離は４ライン程度であり、フォトセルピッチを７μｍとするとライン間距離は２８μｍであり、有効幅は１００μｍ程度以上でよい。
【００３１】
液晶層３４としては、使用温度範囲にてスメクチックＣ相を形成可能な液晶が用いられる。そして、電極３５，３５間に電圧を印加することで、液晶層３４に対して水平電界が印加される。
【００３２】
ここで、スメクチックＣ相を形成可能な液晶に関して詳細に説明する。「スメクチック液晶」は液晶分子の長軸方向を層状（スメクチック層）に配列してなる液晶である。このような液晶に関し、液晶層３４の法線方向（層法線方向）と液晶分子の長軸方向とが一致している液晶を「スメクチックＡ相」、法線方向と一致していない液晶を「スメクチックＣ相」と呼んでいる。スメクチックＣ相よりなる強誘電液晶は、一般的に外部電界が働かない状態において、スメクチック層ごとに液晶ダイレクタ方向が螺旋的に回転している、いわゆる螺旋構造をとり、「キラルスメクチックＣ相」と呼ばれる。また、キラルスメクチックＣ相反強誘電液晶は各層毎に液晶ダイレクタが対向する方向を向く。
【００３３】
これらのキラルスメクチックＣ相よりなる液晶は、不斉炭素を分子構造に有し、これによって自発分極しているため、この自発分極Ｐｓと外部電界Ｅにより定まる方向に液晶分子が再配列することで光学特性が制御される。なお、本実施の形態では、液晶層３４として強誘電液晶を例にとり、光路偏向素子１２の説明を行なうが、反強誘電液晶の場合にも同様に使用することができる。キラルスメクチックＣ相はスメクチックＡ相やネマチック液晶に比較して極めて高速な応答性を有しており、サブｍｓオーダーでのスイッチングが可能である点が特徴である。特に、電界方向に対して液晶ダイレクタ方向が一義的に決定されるため、スメクチックＡ相よりなる液晶に比べ、ダイレクタ方向の制御が容易であり、扱いやすい。
【００３４】
ホメオロトピック配向をなすスメクチックＣ相よりなる液晶層３４は、ホモジニアス配向（液晶ダイレクタが基板面に平行に配向している状態）をとる場合に比べて、液晶ダイレクタの動作が基板からの規制力を受けにくく、外部電界方向の調整で光路のシフト方向の制御が行ないやすく、駆動に必要な電界が低いという利点を有する。また、液晶ダイレクタがホモジニアス配向している場合、電界方向だけでなく基板面に液晶ダイレクタが強く依存するため、光路偏向素子１２の設置についてより位置精度が求められることになる。逆に、本実施の形態のようなホメオロトピック配向の場合は、光路のシフトに対して光路偏向素子１２のセッティングについて余裕度が増す。これらの特徴を活かす上で、厳密に螺旋軸を基板面に垂直に向ける必要はなく、ある程度傾いていても差し支えない。液晶ダイレクタが基板３１からの規制力を受けずに２つの方向を向くことが可能であればよい。
【００３５】
次に、光路偏向素子１２の動作原理について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、図３に示した構成に関して、電界方向と液晶分子の傾斜方向を模式的に示した模式図である。図４において、便宜上、電極３５，３５間の幅に対して光路偏向素子１２の幅を短く作図しているが、実施可能な光路偏向素子１２の幅と長さは固体撮像素子１１の有効面積に対応して細長く形成してもよい。図４（ａ）（ｂ）は，光路偏向素子１２を光の出射面側から見た図であり、（ａ）が紙面上側、（ｂ）が紙面下側に液晶ダイレクタが傾いている様子を示している。また、液晶の自発分極Ｐｓの方向を矢印で示してある。電界の向きが反転すると、ほぼ垂直配向した液晶分子のチルト角の方向が反転する。ここでは、自発分極が正の液晶の場合について電界印加方向と液晶分子３６のチルト方向の関係を図示している。ここで、チルト角の方向が反転する際、スメクチック層内の液晶分子３６は、図４（ｃ）（ｄ）の斜視図（（ｃ）は（ａ）に対応、（ｄ）は（ｂ）に対応）に示したような仮想的なコーン状の面３７内を回転運動すると考えられる。
【００３６】
図５は、液晶分子３６の配向状態を模式的に示した模式図であり、垂直配向膜３２、スペーサ３３、電極３５などは図示を省ほぼしてある。図５では、便宜上、紙面表裏方向に電界が作用する。電界方向は目的とする光の偏向方向に対応して図示しない電圧印加手段により切換えることができる。
【００３７】
図５（ａ）のように、紙面手前側に向けて電界が印加された場合、液晶分子３６の自発分極が正ならば、液晶ダイレクタが図右上に傾斜した分子数が増加し、液晶層３４としての平均的な光学軸も、図右上方向に傾斜して複屈折板として機能する。キラルスメクチックＣ相の螺旋構造が解ける閾値電界以上では、すべての液晶ダイレクタがチルト角θを示し、光学軸が上側に角度θで傾斜した複屈折板となる。異常光として図５の左側から入射した直線偏光は上側に平行シフトする。ここで、液晶分子の長軸方向の屈折率をｎｅ、短軸方向の屈折率をｎｏ、液晶層３４の厚さ（ギャップ）をｄとするとき、光路のシフト量Ｓは以下の式で表される（詳細は、「結晶光学」応用物理学会、光学懇話会編、p198参照）。
【００３８】
0003842160.tif 000002
【００３９】
同様に、図５（ｂ）のように、電極３５，３５への印加電圧を反転して紙面奥側向きの電界が印加された場合、液晶分子３６の自発分極が正ならば、液晶ダイレクタは図右下に傾斜し、光学軸が下側に角度θで傾斜した複屈折板として機能する。異常光として左側から入射した直線偏光は下側に平行シフトする。この電界方向の反転によって、２Ｓ分の光路シフト量、すなわち結像位置のシフト量が得られる。
【００４０】
このように、光路は対称にシフトするため、光路長の変化が無いという利点がある。また、キラルスメクチックＣ相の螺旋構造が解ける閾値電界以下では、液晶ダイレクタの平均的な方向を液晶層３４の光学軸として、同様に扱うことができる。この閾値電界以下では電界強度に対して光学軸の傾斜方向が変化するため、シフト量を制御することができる。さらに、水平電界の印加のため、光路中に透明電極を設ける必要がなく、透明電極による透過率の低下の影響がないという構造上の利点もある。
【００４１】
電界反転時のシフト量２Ｓは、液晶材料の光学特性や液晶層３４の厚さで変化するが、数十μｍ〜百μｍ程度の液晶厚さでは、数μｍ〜数十μｍのシフト量が可能であり、画素（フォトセル）のピッチが数μｍ〜数十μｍの固体撮像素子１１に対応できる。これは原稿２上の読取解像度で数百ｄｐｉ〜数千ｄｐｉに対応した画像読取装置１に適している。また、光学軸の切換え時間は、液晶材料の自発分極、チルト角、螺旋ピッチ、粘弾性や、電界強度、温度などによって変化するが、数百Ｖ／ｍｍの電界強度で数百μsec程度の高速応答が可能である。
【００４２】
画像読取装置１の具体的な制御について説明する。
【００４３】
図１に示すように、固体撮像素子１１はセンサ回路１４により駆動され、固体撮像素子１１及び光路偏向素子１２は、マイコンなどで構成される制御回路１５により制御される。また、制御回路１５は、第１、第２走行体６，９を駆動する図示しないモータも制御する。制御回路１５が行なう制御により、制御手段を実現している。
【００４４】
固体撮像素子１１で読取った画像データは、画像処理回路１６で所定の画像処理が施される。この例では、画像読取装置１は、デジタル複写機等の画像形成装置に搭載されており、画像処理回路１６で所定の画像処理後の画像データはプリンタエンジン１７に出力され、プリンタエンジン１７は、読取った画像データに基づいて画像形成を行なう。
【００４５】
制御回路１５の制御により、固体撮像素子１１と光路偏向素子１２との同期がとられ、次のような動作が行なわれる。すなわち、図２に示すように原稿２で、前述のようにＰ／２μｍのピッチで主走査方向に現れる画素を交互に画素２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…とした場合、光路偏向素子１２の駆動により、図５（ａ）の状態に光路のシフトがなされているときには、画素２ａが固体撮像素子１１の画素１１ａに結像するので、固体撮像素子１１は、その読取画像データの転送を行い、次に、図５（ｂ）の状態に光路のシフトがなされたときには、画素２ｂが固体撮像素子１１の画素１１ａに結像するので、固体撮像素子１１は、その読取画像データの転送を行なう。この光路シフトの各位置における固体撮像素子１１の読取画像データの転送を、各主走査ラインごとに行なう。これにより、各主走査ラインについて、Ｐ／２μｍの画素ピッチで原稿２上に想定される画素２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…について固体撮像素子１１ａ，１１ｂ，…で読取られ、この読取画素の数は、固体撮像素子１１の画素数の２倍となる。光路偏向素子１２は、矩形波交流電源１３の出力する矩形波電圧の１周期で２回、光路シフトを行なうので、固体撮像素子１１も矩形波電圧の１周期で２回、画像データの転送を行なうことになる。
【００４６】
このような制御を行なうことにより、原稿２の複数の位置の画素２ａと２ｂを、光路偏向素子１２による光路のシフトにより、固体撮像素子１１の共通の画素１１ａで時分割で受光することができるので、固体撮像素子１１の解像度を増倍することができる。
【００４７】
ところで、図３を参照して説明した光路偏向素子１２では、スペーサ３３で液晶層３４の厚さを規制し、素子１２の側面に電極層３４を設けていた。この構成では、電極３５，３５間に液晶層３４とスペーサ３３を挟んでいるので、液晶層３４内に一定の電界強度を印加する場合に、スペーサ３３の幅の分だけ余分な電圧を印加する必要がある。
【００４８】
そこで、図６に示すように、電極３５，３５の厚さを液晶層３４の厚さと等しく構成し、電極３５，３５がスペーサ３３，３３を兼用するようにしてもよい。これにより、部品点数を減らすことができるとともに、液晶層３４の厚さを確実に均一化することができる。また、液晶層３４内に効率的に水平電界を印加することが可能となるので、電極３５，３５に印加する電圧の値を低減することができる。
【００４９】
また、前述の画像読取装置１では、光路偏向素子１２に入射する光が光路のシフト方向に平行な直線偏光である場合を想定して動作を説明したが、入射光が所望の直線偏光であるとは限らない。光路のシフト方向に平行、すなわち液晶ダイレクタの傾斜方向に平行な直線偏光成分は、図５に示すようにシフトするが、それ以外の光はシフトされず、図７に符号４１で示すようなノイズ光となる。このノイズ光は解像度の低下やコントラスト比の低下をもたらす。
【００５０】
そこで、図８に示すように、所望のシフトされた光のみが固体撮像素子１１上を露光するように、光路の移動方向に平行な偏光面の光のみを透過する直線偏光板４２を設けるようにしてもよい。この場合に、直線偏光板４２の設置位置は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、光路偏向素子１２の入射側、出射側のいずれでもよい。このように、直線偏光板４２を設けることで、光路偏向素子１２に入射する光は確実に光路の移動方向に平行な直線偏光となるので、不要な光の発生を防止し、高精細で高コントラストの画像読取を行なうことができる。
【００５１】
さらに、前述の画像読取装置１では、光路のシフト方向の直線偏光成分のみが固体撮像素子１１上を露光するため、余分な偏光成分を反射又は透過させて、露光には利用しない。そのため、照明４から固体撮像素子１１に露光されるまでの光利用効率が低下する場合がある。
【００５２】
そこで、図９に示すように、液晶層３４の厚さがほぼ等しい２つの光路偏向素子１２を、互いの光の移動方向がほぼ平行となる向きで、光路に対して直列となるように配置し、両光路偏向素子１２の間に、直線偏光面をほぼ９０度回転させる偏光面回転素子４３を配置するようにしてもよい。図９では、一方向の電界により一方向に液晶分子３６が傾斜している状態を示している。
【００５３】
図９（ａ）の例では、両光路偏向素子１２を偏光面回転素子４３に密着させている例を示しているが、図９（ｂ）の例では、両光路偏向素子１２内での偏光方向を説明するため、便宜上、光路偏向素子１２，１２と偏光面回転素子４３とを離隔させて図示している。
【００５４】
原稿２からの無偏光の入射光が最初の光路偏向素子１２を透過すると、光路のシフト方向に平行な偏光成分は液晶層３４の厚さｄに対応して、図９上右側にシフトされ、紙面に垂直な偏光成分は偏向されずに直進する。これらの出射光が偏光面回転素子４３を透過して各偏光面がほぼ９０度回転すると、２番目の光路偏向素子１２では、先にシフトした偏光成分は直進し、先に直進した偏光成分が２番目の光路偏向素子１２の液晶厚さｄに対応して、図９上右側にシフトされる。
【００５５】
そこで、２つの光路偏向素子１２の液晶材料、液晶厚さ、印加電界を等しく設定しておけば、２つの偏光成分のシフト量が一致して光が出射される。これにより、全て偏光成分を利用することができるため、一方向の直線偏光を用いる場合に比べて、光の利用効率がほぼ２倍になる。
【００５６】
偏光面回転素子４３としては、半波長板、ツイストネマチック液晶セル、ツイストネマチック液晶フィルムなどを用いることができる。
【００５７】
また、図１０に示すように、直線偏光面をほぼ９０度回転させる偏光面回転素子である偏光面回転板４４を中間層として、単一の光路偏向素子１２の液晶層３４を厚さ方向に分割するようにしてもよい。この偏光面回転板４４には垂直配向膜を形成しておくことが望ましい。この偏光面回転板４４の位置に対して、光路の上流側と下流側に位置する液晶層３４の厚さをそれぞれほぼ等しく（＝ｄ）設定することで、図９を参照して前記した光路偏向素子１２を２つ使用する構成と同様の作用、効果が得られる。
【００５８】
【実施例】
この発明の一実施例について説明する。
【００５９】
（光路偏向素子の製作について）
光路偏向素子１２の具体的な製作方法について説明する。幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス製の基板３１の表面に、厚さ０．６μｍの市販の垂直（ホメオトロピック）配向膜３２を形成した。そして、厚さ３５μｍ、幅２ｍｍ、長さ４５ｍｍのアルミ電極シートをスペーサ兼用の電極３５として、有効領域の幅が１ｍｍとなるように、配向膜３２を内側にした二枚のガラス基板３１，３１の間に２つの電極シートを平行に配置した。そして、一部を除いた周囲を紫外線硬化接着剤５１（図１１参照）で固定して液晶セル３８を作成した。このセル３８を約９０度に加熱した状態で、基板３１，３１間の空間に強誘電性液晶（チッソ社製のＣＳ１０２９：複屈折Δｎ＝０．１６、チルト角θ＝２５度、自発分極Ｐｓ＝−４０ｎＣ／ｃｍ２）を毛管法にて注入した。冷却後、注入口も接着剤５１で封止し（図１１参照）、液晶層３４の厚さ３５μｍ、有効幅１ｍｍ、長さ約４０ｍｍである、図１１のような光路偏向素子１２を作成した（図１１において、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図）。この素子１２の光透過率は、８５％以上と高い値を示した。そして、各電極３５，３５にパルスジェネレータと高速アンプとからなる矩形波交流電源１３を接続した。
【００６０】
（光学軸の観察について）
このようにして製作した光路偏向素子１２を用い、無電界の状態で、この光路偏向素子１２の有効領域内の液晶層３４のコノスコープ像を観察したところ、十字形と円環の画像が中心部に観察された。したがって、無電界下では光学軸が液晶層３４に垂直であることを確認できた。この状態では液晶分子３６のチルト方向が基板３１面に垂直方向に対して回転する螺旋構造を取っており、平均的な光学軸は螺旋軸の方向である基板３１面に垂直な方向して観察される。
【００６１】
次に、矩形波交流電源１３から電極３５，３５に±１５０Ｖ、１Ｈｚの矩形波電圧を印加したところ、コノスコープ像の十字と円環の位置が上下方向に１Ｈｚで往復シフトした。顕微鏡の対物レンズのＮＡ値と液晶の屈折率と十字位置のシフト量から光学軸の傾斜角度を計算すると約２５度となり、この液晶材料固有のチルト角θと一致していることが確かめられた。１５０Ｖ／ｍｍ程度の電界強度で螺旋構造が解けて一様な方向に液晶分子３６が配向し、液晶層３４の光学軸の方向が±２５度で切換え可能であった。
【００６２】
（光路シフト量の電界依存性について）
開口部が４μｍ角のマスクパターンを裏面から直線偏光の光で照明し、その透過光を、光路偏向素子１２を通して観察した。光路偏向素子１２を動作させることでマスクパターンの位置がシフトする様子を顕微鏡付きビデオカメラで観察し、光路シフト量を測定した。光路偏向素子１２の温度は約３０度とした。矩形波交流電源１３から電極３５，３５に０〜±４００Ｖ、１Ｈｚの矩形波電圧を印加した。その結果、入射光の偏光面が電界方向と垂直、すなわち光路シフト方向と平行の場合には、±１５０Ｖ／ｍｍ程度の電界強度でシフト量が約７μｍで飽和した。同様に光路偏向素子１２の長手方向に数ヶ所の測定を行ったが、同様なシフト特性が得られた。また、両シフト位置でのピントズレは見られなかった。さらに、光路偏向素子１２がないときの開口部の輝度分布と光路シフト時の開口部の輝度分布の変化から解像度の劣化度合い（コントラスト・トランスファー・ファンクション：ＣＴＦ）を調べたところ、ＣＴＦ値は８０％以上であり、実用上問題ないと判断した。入射光の偏光面を電界方向と水平にすると、光路シフトは観察されなかった。
【００６３】
（光路シフトの応答時間の測定について）
同様な光路のシフトの様子を顕微鏡付き高速度カメラで観察することで、光路のシフト量とその移動に要する時間、すなわち光路のシフトの応答時間を測定した。光路偏向素子１２の温度は約３０度とした。矩形波交流電源１３から電極３５，３５に±４００Ｖ、１００Ｈｚの矩形波電圧を印加し、高速度カメラによる観察（時間分解能４０５００フレーム／秒）を行っところ、応答時間は０．５ｍｓｅｃであった。
【００６４】
（画像読取装置について）
固体撮像素子１１として一次元ＣＣＤセンサを用いた。白黒用の一列で、有効画素数は２０８８画素、フォトセルピッチは１４μｍ、走査速度が１ｍｓｅｃ／ｌｉｎｅのＣＣＤを用いた。ＣＣＤの有効幅は約２９ｍｍであり、上記の光路偏向素子１２の面積で十分にカバーできる。原稿２側の読取りはＢ４サイズの短辺（２５７ｍｍ）が８ｄｏｔ／ｍｍ（２００ｐｐｉ相当）となるように、図１の光学系を設定した。前述の光路偏向素子１２により光路を７μｍシフトすることで、実効的に４００ｐｐｉ相当の読取解像度が得られる。
【００６５】
矩形波交流電源１３の出力を±４００Ｖ、周波数３３０Ｈｚとした。矩形波電圧の片側極性での電界印加時間は１．５ｍｓｅｃで、光路偏向素子１２の応答時間が０．５ｍｓｅｃなので、残りの１．０ｍｓｅｃで１ラインの主走査を行なうことができる。次に、結像位置を７μｍシフトして、更に１ラインの主走査を行なう。原稿２面上では６３．５μｍのシフトに対応する。その後、第1走行体６を次の副走査方向に移動する。
【００６６】
周波数３３０Ｈｚで副走査方向に４００ｄｐｉの６３．５μｍずつ移動するので、副走査速度は約２１ｍｍ／ｓｅｃとなる。第一走行体６の副走査運動は、連続的でもステッピングモータを用いた断続的なものであってもよい。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、液晶の自発分極による高速応答が可能で、光路中に透明電極が無いため光利用効率が高く、電界強度に応じてシフト量が調整可能であり、結像位置をシフトした時の光路長の変化がなく、高速で高精細な画像読取を行なうことができる。
【００６８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像読取装置において、部品点数を減らすことができるとともに、液晶層の厚さを確実に均一化することもでき、また、液晶層内に均一な電界を印加することもできる。
【００６９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像読取装置において、光路偏向素子を透過する光に不要な偏光面の光が混ざって、光路がシフトされない光の成分が撮像素子の不要な位置に露光されるのを防止し、高精細で高コントラストの画像読取を行なうことができる。
【００７０】
請求項４，５に記載の発明は、請求項１〜３の何れかの一に記載の画像読取装置において、全ての偏光成分を同一にシフトすることができ、一方向の直線偏光を用いる場合に比べて、光の利用効率をほぼ２倍にすることができる。
【００７１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかの一に記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態である画像読取装置の全体構成のブロック図である。
【図２】原稿から固体撮像素子までの光路の概念図である。
【図３】光路偏光素子の概念図である。
【図４】光路偏光素子の動作を説明する説明図である。
【図５】光路偏光素子の動作を説明する説明図である。
【図６】光路偏光素子の他の構成例を示す概念図である。
【図７】光路偏光素子の他の構成例を示す概念図である。
【図８】直線偏光板を用いた画像読取装置の他の構成例を示す概念図である。
【図９】偏光面回転素子を用いた画像読取装置の他の構成例を示す概念図である。
【図１０】偏光面回転板を用いた画像読取装置の他の構成例を示す概念図である。
【図１１】この発明の一実施例で用いる光路偏光素子の説明図である。
【符号の説明】
１      画像読取装置
２      原稿
２ａ    画素
２ｂ    画素
１１    撮像素子
１１ａ  画素
１２    光路偏光素子
１５    制御手段
１７    プリンタエンジン
３８    液晶セル
３１    基板
３４    液晶層
３５    電極
４２    直線偏光板
４３    偏光面回転素子
４４    偏光面回転板
【図１】
0003842160.tif 000003
【図２】
0003842160.tif 000004
【図３】
0003842160.tif 000005
【図４】
0003842160.tif 000006
【図５】
0003842160.tif 000007
【図６】
0003842160.tif 000008
【図７】
0003842160.tif 000009
【図８】
0003842160.tif 000010
【図９】
0003842160.tif 000011
【図１０】
0003842160.tif 000012
【図１１】
0003842160.tif 000013