JP2013037096A - 結像光学素子および画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、しかも高精度な位置合わせを必要とせずに物体の正立等倍像を結像する。
【解決手段】原稿ＯＢからの光線を入射させる入射側レンズ面ＬＳ１をＸ方向に配列したレンズ列がＹ方向に複数列設けられる入射部５１と、光線を出射する出射側レンズ面ＬＳ２をＸ方向に配列したレンズ列がＺ方向に複数列設けられる出射部５３と、屈曲部位５２１で屈曲しながら入射部５１と出射部５３とを連結する連結部５２とが一体化され、各入射側レンズ面ＬＳ１に入射された光線が屈曲部位５２１で反射されて各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２に導光されて原稿ＯＢの正立等倍像を形成し、各入射側レンズ面ＬＳ１から各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２までの光路長が互いに等しい。
【選択図】図２

Description

この発明は、物体からの光線を結像して正立等倍像を形成する結像光学素子および当該結像光学素子を用いた画像読取装置に関するものである。

この種の結像光学素子は画像読取装置や露光装置などに使用されている。例えばイメージスキャナ、ファクシミリ、複写機、金融端末装置等では、コンタクトイメージセンサ（Contact Image Sensor）モジュール（以下、「ＣＩＳモジュール」と略する）が画像読取装置として用いられている。このＣＩＳモジュールは、読み取り対象物に光を照射する光源部と、読み取り対象物の正立等倍像を結像する結像光学素子と、結像光学素子で結像された正立等倍像を読み取る光学センサーとを有しており、読み取り対象物に対して結像光学素子および光学センサーが直線上に配置されていた。このため、このような構成がイメージスキャナ等の薄型化を図る上で大きな問題となっている。そこで、ＣＩＳモジュール自体の薄型化を図るために、例えば特許文献１に記載されているように、集束性ロッドレンズアレイと直角プリズムとを組み合わせる技術が提案されている。この従来技術では、原稿（物体）からの光を直角プリズムで９０゜方向を変え、原稿台と平行な方向に配置された集束性ロッドレンズアレイに導き、その後イメージセンサーに結像するように構成しているため、装置の薄型化が可能となっている。

特開昭６２−１４５９６０号公報

しかしながら、直角プリズムと集束性ロッドレンズアレイとは互いに独立した光学部品であるため、直角プリズムと集束性ロッドレンズアレイとを高精度に位置合せを行うことは難しい。また結像光学素子の製造にあたっては、これら複数の部品を組み立てる必要があり、結像光学素子のコスト増大の主要因のひとつとなっていた。

この発明にかかるいくつかの態様は、簡素な構成で、しかも高精度な位置合わせを必要とせずに物体の正立等倍像を結像することができる技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、結像光学素子であって、物体からの光線を入射させる第１レンズ面を第１方向に配列したレンズ列が第１方向と異なる第２方向に複数列設けられる入射部と、光線を出射する第２レンズ面を第１方向に配列したレンズ列が第１方向と異なる第３方向に複数列設けられる出射部と、少なくとも１箇所以上の屈曲部位で屈曲しながら入射部と出射部とを連結する連結部とが一体化され、各第１レンズ面に入射された光線が屈曲部位で反射されて各第１レンズ面に対応する第２レンズ面に導光されて物体の正立等倍像を形成し、各第１レンズ面から各第１レンズ面に対応する第２レンズ面までの光路長が互いに等しいことを特徴としている。

また、本発明の第２の態様は、画像読取装置であって、物体に光を照射する光源部と、この発明にかかる結像光学素子と、結像光学素子により結像される正立像を読み取る読取部とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明（結像光学素子および画像読取装置）では、少なくとも１箇所以上の屈曲部位で屈曲する連結部によって、複数の第１レンズ面を有する入射部と複数の第２レンズ面を有する出射部とが連結されている。そして、各第１レンズ面に入射された光線が屈曲部位で反射されて各第１レンズ面に対応する第２レンズ面に導光される。このように入射光線は結像光学素子内で折り曲げられながら結像光学素子内を進んで結像され、物体の正立等倍像が形成される。したがって、直角プリズムと集束性ロッドレンズアレイとを組み合わせた特許文献１に記載の結像光学素子に比べて構造が簡素であり、しかも同結像光学素子で必須となっていた直角プリズムと集束性ロッドレンズアレイとの高度な位置合わせも要求されることなく、正立等倍像を結像することができる。

また、上記発明では、第１レンズ面を第１方向に配列したレンズ列が第１方向と異なる第２方向に複数列設けられて複数の第１レンズ面が２次元的に配列されるとともに、第２レンズ面を第１方向に配列したレンズ列が第１方向と異なる第３方向に複数列設けられて複数の第２レンズ面が２次元的に配列され、各第１レンズ面と各第１レンズ面に対応する第２レンズ面とで、上記のようにして正立等倍像が形成される。このように光線は一体化された入射部、連結部および出射部を進むため、光損失を抑えて明るい正立等倍像を結像することが可能である。しかも、第１レンズ面および第２レンズ面の両者ともに一列に配列した場合よりも光量を大幅に増加させることができる。

さらに、各第１レンズ面から各第１レンズ面に対応する第２レンズ面までの光路長が互いに等しいため、全てのレンズ面を同一形状とすることができ、レンズ間での結像性能のばらつきを抑制し、高精度な結像光学素子を安定して供給することができる。

ここで、入射部、出射部および連結部を一体の透明部材で構成してもよく、これによって結像光学素子の構成をより簡素化することができるとともに、高精度な結像光学素子をさらに安定して供給することができる。

また、連結部に設ける屈曲部位の個数については任意であるが、例えば屈曲部位を１個設け、各第１レンズ面に入射された光線を屈曲部位で反射して各第１レンズ面に対応する第２レンズ面に導光するように構成してもよい。この場合、物体から第１レンズ面に向かう方向において結像光学素子を薄型化することができる。例えば入射光線を屈曲部位でほぼ直角に折り曲げる、つまり入射部と出射部とを互いにほぼ直交させて配置することができ、結像光学素子の薄型化が可能となる。

また、屈曲部位を２つ設け、各第１レンズ面に入射された光線を第１屈曲部位で反射して第２屈曲部位に導光し、第２屈曲部位で反射して各第１レンズ面に対応する第２レンズ面に導光するように構成してもよく、屈曲部位の個数を増やすことで正立等倍像の結像位置をさらに広範囲に設定可能となる。

さらに、屈曲部位を平面としてもよく、当該平面に反射膜を配置して連結部内を進む光線を反射するように構成してもよい。また、屈曲部位の平面が連結部内を進む光線を全反射させる全反射面となるように構成してもよい。

本発明にかかる画像読取装置の第１実施形態であるＣＩＳモジュールを示す部分断面斜視図。 図１のＣＩＳモジュールでの入射側アパーチャー部材、レンズアレイおよび出射側アパーチャー部材を示す斜視図。 図１のＣＩＳモジュールで採用したレンズアレイの構成を示す図。 本発明にかかる画像読取装置の第２実施形態を示す部分断面斜視図。 図４のＣＩＳモジュールで採用したレンズアレイの構成を示す図。 本発明にかかる画像読取装置の第３実施形態を示す部分断面斜視図。 図６のＣＩＳモジュールで採用したレンズアレイの構成を示す図。 本発明にかかる画像読取装置の第４実施形態を示す部分断面斜視図。 図８のＣＩＳモジュールで採用したレンズアレイの構成を示す図。

Ａ．第１実施形態
図１は本発明にかかる画像読取装置の第１実施形態であるＣＩＳモジュールを示す部分断面斜視図である。また、図２は図１のＣＩＳモジュールでの入射側アパーチャー部材、レンズアレイおよび出射側アパーチャー部材を示す斜視図である。さらに、図３は図１のＣＩＳモジュールで採用したレンズアレイの構成を示す図である。このＣＩＳモジュール１は、原稿ガラスＧＬ上に載置された原稿ＯＢを読み取り対象物として原稿ＯＢに印刷された画像を読み取る装置であり、原稿ガラスＧＬの直下に配置されている。ＣＩＳモジュール１は、Ｘ方向における原稿ＯＢの読み取り範囲より長く延びる直方体状のフレーム２を有しており、同フレーム２内に光源部３、入射側アパーチャー部材４、レンズアレイ５、出射側アパーチャー部材６、センサー（読取部）７およびプリント回路基板８が配置されている。

このフレーム２内にセパレーター２１を配置することで、フレーム２の内部空間が、光源部３を配置するための上方空間と、上方空間の下方に位置する下方空間と、上方空間と下方空間に対して隣接する垂直空間とに区分けされている。そして、それらのうち下方空間と垂直空間とは連通され、Ｘ方向に対して直交するＹ方向と上下方向Ｚとを含む断面（以下「副走査断面」という）において略Ｌ字形状を有する連通空間となっており、入射側アパーチャー部材４、レンズアレイ５、出射側アパーチャー部材６およびセンサー７が配置される。

光源部３は、プリント回路基板８に取り付けられた図示を省略するＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源とし、そのＬＥＤから出射された照明光をライトガイド３１の一方端に与えている。このライトガイド３１は、セパレーター２１の上面で読み取り範囲とほぼ同じ長さだけＸ方向に延設されている。そして、ＬＥＤからの照明光がライトガイド３１の一方端に入射すると、その照明光はライトガイド３１の他方端に向けてライトガイド３１中を伝播する。また、ライトガイド３１のＸ方向各部では、こうして伝播する照明光の一部はライトガイド３１の先端部３２（光出射面）から原稿ガラスＧＬに向けて出射して原稿ガラスＧＬ上の原稿ＯＢに照射される。こうして、Ｘ方向に延びる帯状の照明光が原稿ＯＢに照射され、原稿ＯＢで反射される。

その照明光の照射位置の直下位置には、上記した垂直空間が設けられており、その上端部に入射側アパーチャー部材４が配置されている。この入射側アパーチャー部材４は読み取り範囲とほぼ同じ長さだけＸ方向に延設されている。この入射側アパーチャー部材４には、複数の貫通孔４１が２列で配設されており、それぞれレンズアレイ５に設けられる複数の入射側レンズ面ＬＳ１に対する入射側アパーチャーとして機能し、余計な光の伝播を防止して結像性能を高める。より詳しくは、図２に示すように、貫通孔４１のうち貫通孔４１ａがＸ方向に等ピッチで一列に配列されてアパーチャー列を構成するとともに、残りの貫通孔４１ｂがＸ方向に等ピッチで一列に配列されて別のアパーチャー列を構成している。そして、これら２つのアパーチャー列がＹ方向に配列されている。なお、本実施形態では、貫通孔４１ａ、４１ｂがＸ方向に半ピッチだけずれるように、いわゆるジグザグ状（あるいは千鳥状ともいう）に配置されている。

レンズアレイ５は、本発明にかかる結像光学素子に相当するものであり、副走査断面（ＹＺ平面）において略Ｌ字形状を有するとともに読み取り範囲とほぼ同じ長さだけＸ方向に延設されており、レンズアレイ５全体がすっぽりと連通空間に挿入可能となっている。より詳しくは、図２に示すように、レンズアレイ５は、上下方向Ｚに延設された入射部５１と、水平方向に延設された出射部５３と、入射部５１と出射部５３とを互いに角度をもたせて、例えばほぼ直交させながら連結する連結部５２とを有しており、照明光に対して光透過性を有する樹脂やガラスなどの透明媒体によって一体成形されている。

入射部５１の上面には、入射側アパーチャー４１と１対１で対応するように、入射側レンズ面ＬＳ１がジグザグ状に配置されている。すなわち、入射側レンズ面ＬＳ１のうち入射側レンズ面ＬＳ１ａがＸ方向に等ピッチで一列に配列されてレンズ列を構成するとともに、残りの入射側レンズ面ＬＳ１ｂ（図１）がＸ方向に等ピッチで一列に配列されて別のレンズ列を構成している。そして、これら２つのレンズ列がＹ方向に配列されて複数の入射側レンズ面ＬＳ１がジグザグ状に設けられている。このため、原稿ＯＢで反射された光線のうち各入射側アパーチャー４１を通過した光線がそれに対応する入射側レンズ面ＬＳ１に入射され、入射側レンズ面ＬＳ１により収束されながら入射部５１から連結部５２に進む。

この連結部５２は屈曲部位５２１で約９０゜屈曲している。本実施形態では、屈曲部位５２１の外周面は鉛直断面（ＸＺ平面）に対して４５゜傾いた平面であり、その平面には反射膜５４が形成されている。この反射膜５４の形成によって連結部５２に反射面ＲＳ１が読み取り範囲とほぼ同じ長さだけＸ方向に構成され、入射側レンズ面ＬＳ１に入射されて連結部５２内を進む光線を反射して出射部５３の出射側レンズ面ＬＳ２に導光する。反射膜５４としては従来より周知のもの、例えば金属蒸着膜などを採用することができる。なお、本実施形態では、図１および図２に示すように、入射側レンズ面ＬＳ１、反射面ＲＳ１および出射側レンズ面ＬＳ２で構成される結像光学系の光軸に沿った、入射部５１の長さは出射部５３の長さよりも大幅に短く、各入射側レンズ面ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂに入射した光線は反射膜５４で反射された後、出射部５３内で集光されて原稿ＯＢの中間像ＩＭＰ１、ＩＭＰ２が形成される。

この出射部５３の反連結部側の端面には、出射側レンズ面ＬＳ２が入射側レンズ面ＬＳ１と同数個ジグザグ状に２次元配置されている。すなわち、出射部５３の反連結部側の端面には、図２に示すように、出射側レンズ面ＬＳ２のうち出射側レンズ面ＬＳ２ａがＸ方向に等ピッチで一列に配列されてレンズ列を構成するとともに、残りの出射側レンズ面ＬＳ２ｂがＸ方向に等ピッチで一列に配列されて別のレンズ列を構成している。そして、これら２つのレンズ列がＺ方向に配列されて複数の出射側レンズ面ＬＳ２がジグザグ状に設けられている。このため、原稿ＯＢで反射された光線のうち各入射側アパーチャー４１および各入射側レンズ面ＬＳ１を介して入射し、さらに反射面ＲＳ１で反射されて連結部５２を進んできた光線が各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２に導光される。

また、出射部５３の反連結部側（図１および図２中の右手側）では、レンズアレイ５とセンサー７とに挟まれるように出射側アパーチャー部材６が下方空間内、つまりライトガイド３１の直下位置に配置されている。この出射側アパーチャー部材６も、入射側アパーチャー部材４と同様に、読み取り範囲とほぼ同じ長さだけＸ方向に延設されるとともに、複数の貫通孔６１がＸ方向に２列でジグザグ状に配設されており、それぞれ出射側レンズ面ＬＳ２に対する出射側アパーチャーとして機能する。このため、それらの出射側レンズ面ＬＳ２はそれぞれ対応する中間像ＩＭＰ１、ＩＭＰ２をセンサー７のセンサー面７１上に結像して原稿ＯＢの正立像を形成する。

センサー７は、図１に示すように、ＬＥＤが搭載されたプリント回路基板８に取り付けられており、原稿ＯＢの正立等倍像を読み取り、その正立等倍像に関連する信号を出力する。

以上のように、第１実施形態では、入射側レンズ面ＬＳ１を有する入射部５１と出射側レンズ面ＬＳ２を有する出射部５３とが屈曲部位５２１で約９０゜に屈曲された連結部５２により連結されるように、透明媒体で一体成形されている。そして、各入射側レンズ面ＬＳ１に入射された光線を屈曲部位５２１に設けられた反射膜ＲＳ１で反射して各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２に導光して原稿ＯＢの正立等倍像を形成している。したがって、例えば特許文献１に記載の結像光学素子に比べて構造が簡素であり、しかも同結像光学素子で必須となっていた直角プリズムと集束性ロッドレンズアレイとの高度な位置合わせも要求されることなく、正立等倍像を結像することができる。

また、本実施形態では、原稿ＯＢから出射する光線が入射側レンズ面ＬＳ１に入射し、さらに一体化された入射部５１、連結部５２および出射部５３内を進むため、光損失を抑えて明るい正立等倍像を結像することが可能である。

また、入射側レンズ面ＬＳ１および出射側レンズ面ＬＳ２をジグザグ状に２次元配置し、図２および図３に示すように、原稿ＯＢの１点から出射する光線を入射側レンズ面ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂに入射させ、各入射側レンズ面ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂを介して入射された光線を反射面ＲＳ１で反射させた後、各入射側レンズ面ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂに対応する出射側レンズ面ＬＳ２ａ、ＬＳ２ｂに導光し、センサー７のセンサー面７１上に結像して原稿ＯＢの正立像を形成する。このため、第１レンズ面および第２レンズ面の両者ともに一列に配列した場合よりも光量を大幅に増加させることができ、さらに明るい正立等倍像を形成することができる。

また、各入射側レンズ面ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂを介して入射された光線が入射部５１、連結部５２および出射部５３を進む光学的距離はそれぞれ以下のとおりである。すなわち、入射側レンズ面ＬＳ１ａから当該入射側レンズ面ＬＳ１ａに対応する出射側レンズ面ＬＳ２ａまでの光路長Ｌａは、図３に示すように、入射側レンズ面ＬＳ１ａから反射面ＲＳ１までの光路長Ｌ１ａと、反射面ＲＳ１から入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２ａまでの光路長Ｌ２ａとの和である。一方、入射側レンズ面ＬＳ１ｂから当該入射側レンズ面ＬＳ１ｂに対応する出射側レンズ面ＬＳ２ｂまでの光路長Ｌｂは、図３に示すように、入射側レンズ面ＬＳ１ｂから反射面ＲＳ１までの光路長Ｌ１ｂと、反射面ＲＳ１から入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２ｂまでの光路長Ｌ２ｂとの和である。そして、レンズアレイ５が上記のように構成されていることから、各入射側レンズ面ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂから反射面ＲＳ１までの光路長Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの差ΔＬ１、ならびに反射面ＲＳ１から各出射側レンズ面ＬＳ２ａ、ＬＳ２ｂまでの光路長Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの差ΔＬ２は、ともにレンズ列のピッチ間隔と一致している。そのため、各入射側レンズ面ＬＳ１から各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２までの光路長は互いに等しく、全てのレンズ面ＬＳ１、ＬＳ２を同一形状とすることができ、レンズ間での結像性能のばらつきを抑制し、高精度なレンズアレイ５を安定して供給することができる。

このように第１実施形態では、入射側レンズ面ＬＳ１および出射側レンズ面ＬＳ２がそれぞれ本発明の「第１レンズ面」および「第２レンズ面」に相当している。また、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向がそれぞれ本発明の「第１方向」、「第２方向」および「第３方向」に相当している。そして、ＣＩＳモジュール１が本発明の「画像読取装置」に相当している。

Ｂ．第２実施形態
図４は本発明にかかる画像読取装置の第２実施形態であるＣＩＳモジュールを示す部分断面斜視図である。また、図５は図４のＣＩＳモジュールで採用したレンズアレイの構成を示す図である。このＣＩＳモジュール１は、第１実施形態と同様に、原稿ガラスＧＬ上に載置された原稿ＯＢを読み取り対象物として原稿ＯＢに印刷された画像を読み取る装置であり、原稿ガラスＧＬの直下に配置されている。ＣＩＳモジュール１は、Ｘ方向における原稿ＯＢの読み取り範囲より長く延びる直方体状のフレーム２を有しており、同フレーム２内に光源部３、入射側アパーチャー部材４、レンズアレイ５、出射側アパーチャー部材６、センサー７およびプリント回路基板８Ａ、８Ｂが配置されている。

このフレーム２内にセパレーター２１を配置することで、フレーム２の内部空間が、光源部３を配置するための上方空間と、上方空間の下方に位置する下方空間と、上方空間と下方空間に対して隣接する垂直空間とに区分けされている。これらのうち下方空間は垂直空間側（図４中の左手側）から反垂直空間側（図４中の右手側）、つまりＹ方向に進むにしたがって下方に傾斜するように形成されている。また、この下方空間は垂直空間とは連通され、副走査断面において略逆へ字形状（狭角を鈍角にしたＬ字形状）を有する連通空間となっており、入射側アパーチャー部材４、レンズアレイ５、出射側アパーチャー部材６、センサー７およびプリント回路基板８Ｂが配置される。

光源部３は、プリント回路基板８Ａに取り付けられた図示を省略するＬＥＤを光源とし、そのＬＥＤから出射された照明光をライトガイド３１の一方端に与えている。このライトガイド３１は、第１実施形態と同様に構成されており、原稿ガラスＧＬ上の原稿ＯＢに照明光を照射する。また、その照明光の照射位置の直下位置では、上記した垂直空間が設けられており、その上端部に第１実施形態と同一構成の入射側アパーチャー部材４が配置されている。

レンズアレイ５は、副走査断面（ＹＺ平面）において略逆へ字形状（狭角を鈍角にしたＬ字形状）を有するとともに読み取り範囲とほぼ同じ長さだけＸ方向に延設されており、レンズアレイ５全体がすっぽりと連通空間に挿入可能となっている。より詳しくは、図４に示すように、レンズアレイ５は、上下方向Ｚに延設された入射部５１と、水平方向に延設された出射部５３と、入射部５１に対して出射部５３を傾斜させながら連結する連結部５２とを有しており、照明光に対して光透過性を有する樹脂やガラスなどの透明媒体によって一体成形されている。すなわち、図４に示すように、入射部５１は上下方向Ｚに延設されるのに対し、出射部５３は入射部５１の下端部側からＹ方向に進むにしたがって下方に下るように傾斜している。このように構成している理由は入射光を連結部５２で全反射させるためであるが、それについては後で詳述する。

入射部５１の上面には、第１実施形態と同様に、入射側アパーチャー４１と１対１で対応するように複数の入射側レンズ面ＬＳ１がジグザグ状に配置されている。そして、原稿ＯＢで反射された光線のうち各入射側アパーチャー４１を通過した光線がそれに対応する入射側レンズ面ＬＳ１に入射され、入射側レンズ面ＬＳ１により収束されながら入射部５１から連結部５２に進む。

この連結部５２は、入射部５１に対して出射部５３が傾斜するように連結している。より詳しくは、屈曲部位５２１の外周面は、入射部５１側の光軸と出射側レンズ面ＬＳ２側の光軸とのなす角度が９０゜を超えるように、鉛直断面（ＸＺ平面）に対して例えば４０゜傾いた平面であり、入射部５１を介して当該部分に導光される光線の入射角θが臨界角以上となるように設計されており、その結果、入射光線の全部が連結部５２の外周面で全反射される。このため、入射側レンズ面Ｓ１に入射された入射光線は、連結部５２から出ることなく、連結部５２の屈曲部位５２１での反射による光量減少を抑制しながら出射部５３の出射側レンズ面ＬＳ２に導光することができる。このように屈曲部位５２１の外周平面が全反射面ＲＳ１となっている。

ここで、連結部５２の屈曲部位５２１で入射光線を反射して出射部５３の出射側レンズ面ＬＳ２に導光するのみであれば、第１実施形態のように屈曲部位５２１の外周面に反射膜を設けてもよい。ただし、この場合、入射光線は一度連結部５２の外周面から出て反射膜の表面で反射されるため、光損失は避けられないのに対し、全反射させることで光損失を抑制することができる。また、反射膜が不要となる分だけレンズアレイ５の低コスト化などを図ることができ、好適である。

なお、本実施形態では、図４および図５に示すように、入射側レンズ面ＬＳ１、全反射面ＲＳ１および出射側レンズ面ＬＳ２で構成される結像光学系の光軸に沿った、入射部５１の長さは出射部５３の長さよりも大幅に短く、各入射側レンズ面ＬＳ１を介して入射された光線は連結部５２の屈曲部位５２１、つまり全反射面ＲＳ１で全反射された後、出射部５３内で集光されて原稿ＯＢの中間像ＩＭＰ１、ＩＭＰ２が形成される。

この出射部５３の反連結部側の端面には、第１実施形態と同様に、出射側レンズ面ＬＳ２が入射側レンズ面ＬＳ１と同数個ジグザグ状に２次元配置されている。ただし、第２実施形態では、レンズアレイ５は副走査断面（ＹＺ平面）において略逆へ字形状（狭角を鈍角にしたＬ字形状）を有しているため、出射側レンズ面ＬＳ２ａのレンズ列と、出射側レンズ面ＬＳ２ｂのレンズ列との配列方向はＺ方向に対して傾いた方向となっており、この傾いた方向が本発明の「第３方向」に相当している。

そして、原稿ＯＢで反射された光線のうち各入射側アパーチャー４１および各入射側レンズ面ＬＳ１を介して入射し、さらに屈曲部位５２１、つまり反射面ＲＳ１で全反射されて連結部５２を進んできた光線が各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２に導光される。

また、出射部５３の反連結部側（図４および図５中の右手側）では、レンズアレイ５とセンサー７とに挟まれるように出射側アパーチャー部材６が下方空間内、つまりライトガイド３１の直下位置に配置されている。この出射側アパーチャー部材６も、入射側アパーチャー部材４と同様に、読み取り範囲とほぼ同じ長さだけＸ方向に延設されるとともに、複数の貫通孔６１がＸ方向に２列でジグザグ状に配設されており、それぞれ出射側レンズ面ＬＳ２に対する出射側アパーチャーとして機能する。このため、それらの出射側レンズ面ＬＳ２はそれぞれ対応する中間像ＩＭＰ１、ＩＭＰ２をセンサー７のセンサー面７１上に結像して原稿ＯＢの正立像を形成する。

センサー７は、図５に示すように、ＬＥＤが搭載されたプリント回路基板８Ａとは異なる別のプリント回路基板８Ｂに取り付けられており、原稿ＯＢの正立像を読み取り、その正立等倍像に関連する信号を出力する。

以上のように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、入射部５１と出射部５３とが屈曲部位５２１で屈曲された連結部５２により連結されるように、透明媒体で一体成形されており、各入射側レンズ面ＬＳ１に入射された光線を屈曲部位５２１で全反射して各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２に導光して原稿ＯＢの正立等倍像を形成している。このため、簡素な構成で、しかも高精度な位置合わせを必要とせず、しかも光損失を抑えて明るい正立等倍像を結像することが可能となっている。

また、入射側レンズ面ＬＳ１および出射側レンズ面ＬＳ２をジグザグ状に２次元配置し、第１実施形態と同様にして原稿ＯＢの正立像を形成しているため、明るい正立等倍像を形成することができる。また、第１実施形態と同様に、図５に示すように、各入射側レンズ面ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂから反射面ＲＳ１までの光路長Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの差ΔＬ１、ならびに反射面ＲＳ１から各出射側レンズ面ＬＳ２ａ、ＬＳ２ｂまでの光路長Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの差ΔＬ２は一致している（ただし、ΔＬ１＝ΔＬ２≠ピッチ間隔）。各入射側レンズ面ＬＳ１から各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２までの光路長が互いに等しいため、全てのレンズ面ＬＳ１、ＬＳ２を同一形状とすることができ、レンズ間での結像性能のばらつきを抑制し、高精度なレンズアレイ５を安定して供給することができる。

さらに、屈曲部位５２１の平面では、図５の点線囲み部分に示すように、全反射面ＲＳ１に入射される光線の入射角のうち最も小さな入射角θminが臨界角θよりも大きくなるように構成されており、各入射側レンズ面ＬＳ１を介して入射された光線を全反射させて出射側レンズ面ＬＳ２に導光しているため、第１実施形態に比べて光損失をさらに抑制することができ、より明るい正立像が得られる。

Ｃ．第３実施形態
図６は本発明にかかる画像読取装置の第３実施形態であるＣＩＳモジュールを示す部分断面斜視図である。また、図６は図５のＣＩＳモジュールで採用したレンズアレイの構成を示す図である。このＣＩＳモジュール１は、第１実施形態と同様に、原稿ガラスＧＬ上に載置された原稿ＯＢを読取対象物として原稿ＯＢに印刷された画像を読み取る装置であり、原稿ガラスＧＬの直下に配置されている。この第３実施形態が第１実施形態と大きく相違する点は、連結部５２の屈曲部位の個数、つまり連結部５２内での光線の反射回数であり、その他の構成は基本的に同一である。したがって、相違点を中心に説明し、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。

ＣＩＳモジュール１は、Ｘ方向における最大読取範囲より長く延びる略直方体状のフレーム２を有しており、同フレーム２内に光源部３、入射側アパーチャー部材４、レンズアレイ５、出射側アパーチャー部材６、センサー７およびプリント回路基板８が配置されている。

このフレーム２内には、原稿ＯＢに照明を照らす光源部３を収容する第１収容空間ＳＰ１と、原稿ＯＢの画像を読み取るための各機能部４、５、６，７、８を収容する第２収容空間ＳＰ2とがセパレーター２１によって区分けされている。第１収容空間ＳＰ1は、フレーム２内の上方の位置に設けられている。一方、第２収容空間ＳＰ2は、副走査断面において、第１収容空間ＳＰ1に対して、図６の左手側から下方に潜り込むようにして設けられている。より具体的には、第２収容空間ＳＰ2は、第１収容空間ＳＰ1の左側でＺ方向（上下方向）に延びる上部垂直空間ＳＰ2aと、第１収容空間ＳＰ2の下側でＺ方向（上下方向）に延びる下部垂直空間ＳＰ2bと、上部垂直空間ＳＰ2aの下端と下部垂直空間の上端ＳＰ2bとを連結するようにＹ方向（左右方向）に延びる左右空間ＳＰ2cとで構成されている。こうして、上部垂直空間ＳＰ2aから直角に湾曲して左右空間ＳＰ2cに到るとともに、さらに左右空間ＳＰ2cから直角に湾曲して下部垂直空間ＳＰ2bに到る第２収容空間ＳＰ2が形成される。

光源部３は、第１実施形態と同様に構成されており、原稿ガラスＧＬ上の原稿ＯＢに照明光を照射する。そして、照明光の照射位置の直下には、上記した上部垂直空間ＳＰ2aが設けられており、その上端部に、第１実施形態と同一構成の入射側アパーチャー部材４が配置されている。

レンズアレイ５は、最大読取範囲とほぼ同じ長さだけＸ方向に延設されており、レンズアレイ５全体がすっぽりと第２収容空間ＳＰ2に挿入可能となっている。このレンズアレイ５は、図６に示すように、上下方向Ｚに延設された入射部５１と、上下方向Ｚに延設された出射部５３と、入射部５１の下端部と出射部５３の上端部を連結する連結部５２とを有しており、照明光に対して光透過性を有する樹脂やガラスなどの透明媒体によって一体成形されている。このように、連結部５２には、入射部５１の下端部との連結近傍に約９０゜屈曲した第１屈曲部位５２１が設けられるとともに、出射部５３の上端部との連結近傍に約９０゜屈曲した第２屈曲部位５２２が設けられている。

この第３実施形態では、第１屈曲部位５２１が第１実施形態と同一構成を有しているだけでなく、第２屈曲部位５２２も第１屈曲部位５２１と同様に構成されている。すなわち、屈曲部位５２２の外周面が鉛直断面（ＸＺ平面）に対して４５゜傾いた平面であり、その平面には反射膜５４が形成されている。この反射膜５４の形成によって第２屈曲部位５２２が反射面ＲＳ２となり、第２屈曲部位５２２でのＸ方向の反射範囲は読み取り範囲とほぼ同じ長さとなり、入射側レンズ面ＬＳ１に入射されて連結部５２内を進む光線を反射して下方向Ｚに折り返し、出射部５３の出射側レンズ面ＬＳ２に導光する。

この第２屈曲部位５２２に形成する反射膜５４についても、従来より周知のもの、例えば金属蒸着膜などを採用することができる。なお、第３実施形態では、図７に示すように、入射側レンズ面ＬＳ１、反射面ＲＳ１、ＲＳ２および出射側レンズ面ＬＳ２で構成される結像光学系の光軸に沿った、入射部５１および出射部５３の長さは連結部５２の長さよりも大幅に短く、各入射側レンズ面ＬＳ１に入射された光線は第１屈曲部位５２１の反射面ＲＳ１で反射された後、各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２に導光されるまでに、連結部５２内でで集光されて原稿ＯＢの中間像ＩＭＰ１、ＩＭＰ２がそれぞれ形成される。このように構成することで、入射側レンズ面ＬＳ１と出射側レンズ面ＬＳ２との鉛直方向Ｚの距離が縮まり、ＣＩＳモジュール１のＺ方向の高さが低減され、ＣＩＳモジュール１がコンパクト化されている。

また、出射部５３の反連結部側では、レンズアレイ５とセンサー７とに挟まれるように出射側アパーチャー部材６が下部垂直空間ＳＰ2b内に配置されている。この出射側アパーチャー部材６も、入射側アパーチャー部材４と同様に、読み取り範囲とほぼ同じ長さだけＸ方向に延設されるとともに、複数の貫通孔６１がＸ方向に２列でジグザグ状に配設されており、それぞれ出射側レンズ面ＬＳ２に対する出射側アパーチャーとして機能する。このため、それらの出射側レンズ面ＬＳ２はそれぞれ対応する中間像ＩＭＰ１、ＩＭＰ２をセンサー７のセンサー面７１上に結像して原稿ＯＢの正立像を形成する。

以上のように、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、入射部５１と出射部５３とが２つの屈曲部位５２１、５２２で屈曲された連結部５２により連結されるように、透明媒体で一体成形されており、各入射側レンズ面ＬＳ１に入射された光線を屈曲部位５２１、５２２で順番に反射して各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２に導光して原稿ＯＢの正立等倍像を形成している。このため、簡素な構成で、しかも高精度な位置合わせを必要とせず、しかも光損失を抑えて明るい正立等倍像を結像することが可能となっている。

また、入射側レンズ面ＬＳ１および出射側レンズ面ＬＳ２をジグザグ状に２次元配置し、第１実施形態と同様にして原稿ＯＢの正立像を形成しているため、明るい正立等倍像を形成することができる。

さらに、各入射側レンズ面ＬＳ１から各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２までの光路長が互いに等しくなっている。すなわち、各入射側レンズ面ＬＳ１から各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２までの光路長は互いに等しくなっている。より詳しくは、入射側レンズ面ＬＳ１ａから当該入射側レンズ面ＬＳ１ａに対応する出射側レンズ面ＬＳ２ａまでの光路長Ｌａは、図７に示すように、入射側レンズ面ＬＳ１ａから第１屈曲部位５２１、つまり第１反射面ＲＳ１までの光路長Ｌ１ａと、第１反射面ＲＳ１から第２屈曲部位５２２、つまり第２反射面ＲＳ２までの光路長Ｌ２ａと、第２反射面ＲＳ２から入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２ａまでの光路長Ｌ３ａとの和である。一方、入射側レンズ面ＬＳ１ｂから当該入射側レンズ面ＬＳ１ｂに対応する出射側レンズ面ＬＳ２ｂまでの光路長Ｌｂは、図７に示すように、入射側レンズ面ＬＳ１ｂから第１反射面ＲＳ１までの光路長Ｌ１ｂと、第１反射面ＲＳ１から第２反射面ＲＳ２までの光路長Ｌ２ｂと、第２反射面ＲＳ２から入射側レンズ面ＬＳ１ｂに対応する出射側レンズ面ＬＳ２ｂまでの光路長Ｌ３ｂとの和である。そして、レンズアレイ５が上記のように構成されていることから、各入射側レンズ面ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂから反射面ＲＳ１までの光路長Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの差ΔＬ１、ならびに反射面ＲＳ２から各出射側レンズ面ＬＳ２ａ、ＬＳ２ｂまでの光路長Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの差ΔＬ３は、ともにレンズ列のピッチ間隔と一致しており、しかも光路長Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは同一である。そのため、各入射側レンズ面ＬＳ１から各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２までの光路長は互いに等しく、全てのレンズ面ＬＳ１、ＬＳ２を同一形状とすることができ、レンズ間での結像性能のばらつきを抑制し、高精度なレンズアレイ５を安定して供給することができる。

Ｄ．第４実施形態
上記第３実施形態では、連結部５２は屈曲部位５２１、５２２で約９０゜屈曲しているが、その屈曲角度はこれに限定されるものではなく、例えば第２実施形態で行ったように全反射条件を満足するように屈曲してもよく、図８および図９に示すように構成してもよい。

図８は本発明にかかる画像読取装置の第４実施形態であるＣＩＳモジュールを示す部分断面斜視図である。また、図９は図８のＣＩＳモジュールで採用したレンズアレイの構成を示す図である。このＣＩＳモジュール１は、第３実施形態と同様に、原稿ガラスＧＬ上に載置された原稿ＯＢを読取対象物として原稿ＯＢに印刷された画像を読み取る装置であり、入射部５１と出射部５３とが全反射条件を満足するように設けられた屈曲部位５２１、５２２を有する連結部５２により連結されるように、透明媒体で一体成形されている。そして、このレンズアレイ５は、各入射側レンズ面ＬＳ１に入射された光線を屈曲部位５２１、５２２で順番に全反射して各入射側レンズ面ＬＳ１に対応する出射側レンズ面ＬＳ２に導光して原稿ＯＢの正立等倍像を形成する。このように、屈曲部位５２１、５２２が全反射条件を満足するように連結部５２を構成している点を除き、第４実施形態は第３実施形態と基本的に同一であり、第３実施形態と同様の作用効果が得られる。しかも、各入射側レンズ面ＬＳ１を介して入射された光線を全反射させて出射側レンズ面ＬＳ２に導光しているため、第３実施形態に比べて光損失をさらに抑制することができ、より明るい正立像が得られる。

Ｅ．その他
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、入射部５１と出射部５３とが連結部５２により連結されるように透明媒体で一体成形してレンズアレイ５を構成しているが、レンズアレイ５を一体的に形成するにあたっては、各構成要素（つまり、入射部５１、連結部５２および出射部５３）をそれぞれ別体で形成した後にこれらを接着して一体化しても良い。なお、反射膜５４については、一体化の後で形成すればよい。

また、上記実施形態では、レンズ面ＬＳ１、ＬＳ２のレンズ列を２列配置しているが、３列以上配置してもよい。また、レンズ列を互いにＸ方向に半ピッチずらしてジグザグ状あるいは千鳥状に配置しているが、レンズ面ＬＳ１、ＬＳ２の２次元配置構造については、これに限定されるものではなく、任意の配置構造を採用することができる。

また、上記実施形態では、レンズアレイ５の入射部５１に対し、入射側アパーチャー部材４を離間配置して迷光の発生を防止しているが、入射側アパーチャー部材４の本体にレンズアレイ５の入射部５１を嵌合可能なホルダー部を設け、当該ホルダー部に対してレンズアレイ５の入射部５１を嵌入してレンズアレイ５を固定してもよく、これによって入射側アパーチャー部材４の入射側アパーチャー４１と入射側レンズ面ＬＳ１とを高精度に位置決めすることができる。この点に関しては、出射側も同様である。

また、連結部５２の屈曲部位の個数は「１」または「２」に限定されるものではなく、「３」以上設けてもよい。また、上記第３実施形態では２つの屈曲部位５２１、５２２のいずれに対しても反射膜５４を形成して反射面を構成し、第４実施形態では２つの屈曲部位５２１、５２２のいずれも全反射面となっている。つまり、複数の屈曲部位はいずれも同一の反射構造を有している。もちろん、屈曲部位での反射構成はこれらに限定されるのではなく、複数の屈曲部位のうちのいくつかに反射膜を形成するとともに、残りを全反射面としてもよい。

また、上記第１実施形態および第３実施形態では、屈曲部位を約９０゜屈曲しているが、屈曲角度はこれに限定されるものではない。

さらに、上記実施形態では、本発明にかかる結像光学素子であるレンズアレイ５を画像読取装置に適用しているが、本発明にかかる結像光学素子の適用範囲はこれに限定されるものではなく、例えば複数の発光素子を列状に配置したライン光源から出力される光線を上記レンズアレイ５で結像して正立等倍像を被露光面に照射する露光装置に適用してもよい。

１…ＣＩＳモジュール（画像読取装置）、 ３…光源部、 ５…レンズアレイ（結像光学素子）、 ７…センサー（読取部）、 ５１…入射部、 ５２…連結部、 ５３…出射部、 ５４…反射膜、 ５２１、５２２…屈曲部位、 ＯＢ…原稿（物体）、 ＲＳ１、ＲＳ２…全反射面、 ＬＳ１、ＬＳ１ａ、ＬＳ１ｂ…入射側レンズ面（第１レンズ面）、 ＬＳ２、ＬＳ２ａ、ＬＳ２ｂ…出射側レンズ面（第２レンズ面）

Claims (8)

1. 物体からの光線を入射させる第１レンズ面を第１方向に配列したレンズ列が前記第１方向と異なる第２方向に複数列設けられる入射部と、光線を出射する第２レンズ面を前記第１方向に配列したレンズ列が前記第１方向と異なる第３方向に複数列設けられる出射部と、少なくとも１箇所以上の屈曲部位で屈曲しながら前記入射部と前記出射部とを連結する連結部とが一体化され、
   各第１レンズ面に入射された光線が前記屈曲部位で反射されて各第１レンズ面に対応する第２レンズ面に導光されて前記物体の正立等倍像を形成し、
   各第１レンズ面から各第１レンズ面に対応する第２レンズ面までの光路長が互いに等しい
   ことを特徴とする結像光学素子。
2. 前記入射部、前記出射部および前記連結部は一体の透明部材で構成される請求項１に記載の結像光学素子。
3. 前記連結部は単一の屈曲部位を有し、各第１レンズ面に入射された光線を前記屈曲部位で反射して各第１レンズ面に対応する第２レンズ面に導光する請求項１または２に記載の結像光学素子。
4. 前記連結部は、第１屈曲部位と第２屈曲部位とを有しており、各第１レンズ面に入射された光線を前記第１屈曲部位で反射して前記第２屈曲部位に導光し、前記第２屈曲部位で反射して各第１レンズ面に対応する第２レンズ面に導光する請求項１または２に記載の結像光学素子。
5. 前記屈曲部位は平面である請求項１ないし４のいずれか一項に記載の結像光学素子。
6. 前記屈曲部位の平面に反射膜が配置されて前記連結部内を進む光線を反射する請求項５に記載の結像光学素子。
7. 前記屈曲部位の平面は前記連結部内を進む光線を全反射させる全反射面である請求項５に記載の結像光学素子。
8. 物体に光を照射する光源部と、
   請求項１ないし７のいずれか一項に記載の結像光学素子と、
   前記結像光学素子により結像される正立像を読み取る読取部と
   を備えることを特徴とする画像読取装置。

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