JP2016140037A

JP2016140037A - 画像読取装置

Info

Publication number: JP2016140037A
Application number: JP2015015524A
Authority: JP
Inventors: 太郎鐡見; Tarou Tetsumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-04

Abstract

【課題】製造歩留りの低下を抑制しつつ小型化を図ることが可能な画像読取装置を提供する。【解決手段】画像読取装置１０は、受光面４１ａを有するイメージセンサ４１と、結像レンズ部３２と、集光レンズとしての補助レンズ３１とを備える。結像レンズ部３２は、イメージセンサ４１の受光面４１ａと対向配置され、入射した光を受光面４１ａ上に結像する。補助レンズ３１は、結像レンズ部３２の入射側に配置される。【選択図】図２

Description

この発明は、画像読取装置に関し、より特定的には密着型の画像読取装置に関する。

従来、複写機などの機器において原稿の両面同時読取を実現するために、第１の画像読取装置に加えて第２の画像読取装置を設ける例が増えている。通常、このような第２の画像読取装置は、複写機などの自動給紙装置近傍に設置される。そのため、第２の画像読取装置としては、たとえば小型化が比較的容易な密着型画像読取装置（Contact Image Sensor : CIS）が用いられる場合がある（国際公開第２００５／０５３３０７号参照）。

また、このような第２の画像読取装置において、プリズムを用いて光路を屈曲させて小型化した例も知られている（たとえば、特開２００６−３４３３８１号公報参照）。

国際公開第２００５／０５３３０７号特開２００６−３４３３８１号公報

上述のような画像読取装置において、部品サイズを縮小して装置全体を小型化および軽量化しようとすると、部品の寸法や位置に関して許容できる公差範囲が小さくなる。このため、当該画像読取装置を製造するときに要求される部品などの寸法精度や位置精度が厳しくなり、結果的に画像読取装置の製造歩留りを高く維持することが難しくなっていた。

また、上述のようにプリズムを用いて小型化を図った画像読取装置においては、プリズムなどの主要光学部品のサイズをさらに縮小して一層の小型化を図ることは難しい。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、製造歩留りの低下を抑制しつつ小型化を図ることが可能な画像読取装置を提供することである。

この発明に従った画像読取装置は、受光面を有するイメージセンサと、結像レンズ部と、集光レンズとを備える。結像レンズ部は、イメージセンサの受光面と対向配置され、入射した光を受光面上に結像する。集光レンズは、結像レンズ部の入射側に配置される。

上記によれば、集光レンズを取付けたことにより、当該集光レンズを取付けない場合と比較して結像レンズ部などの部品の寸法精度や取付位置精度に多少の誤差が発生した場合であっても、部品の寸法や位置のばらつきの影響によるイメージセンサの受光面への入射光量のばらつき（性能ばらつき）を小さくできる。このため、部品の小型化を伴う画像読取装置全体の小型化を行っても高い歩留りを実現できる。

本実施形態に係る画像読取装置の概要を説明するための模式図である。実施の形態１に係る画像読取装置の構成例を説明するための断面模式図である。図２に示した画像読取装置の光源の構成例を説明するための模式図である。図２に示した画像用見取り装置の光源の他の構成例を説明するための模式図である。図２に示した画像読取装置の結像レンズ部の構成例を説明するための模式図である。本実施形態に係る画像読取装置の効果を説明するための模式図である。図２に示した画像読取装置の変形例を説明するための断面模式図である。図２に示した画像読取装置の他の変形例を説明するための断面模式図である。実施の形態２に係る画像読取装置の構成例を説明するための断面模式図である。実施の形態３に係る画像読取装置の構成例を説明するための断面模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
＜本実施形態に係る画像読取装置の基本的な構成について＞
図１に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、受光面４１ａを有するイメージセンサ４１と、結像レンズ部３２と、集光レンズである補助レンズ３１とを主に備える。イメージセンサ４１はセンサ基板１３の主面上に配置されている。結像レンズ部３２は、イメージセンサ４１の受光面４１ａと対向配置され、入射した光を受光面４１ａ上に結像する。補助レンズ３１は、結像レンズ部３２の入射側に配置される。なお、結像レンズ部３２の出射側（結像レンズ部３２とイメージセンサ４１との間に第２の補助レンズ３３を配置してもよい。

このようにすれば、読取対象である原稿側から結像レンズ部３２に入射される光を集光レンズである補助レンズ３１によって集光できるので、結果的に結像レンズ部３２に入射する光の画角を補助レンズ３１が無い場合より小さくできる。このため、結像レンズ部３２の寸法や位置にある程度のずれが発生した場合であっても、結像レンズ部３２によりイメージセンサ４１の受光面４１ａ上に結像される画像の乱れ（受光面４１ａに到達する光量のばらつき）を抑制できる。なお、詳細は後述する。

＜画像読取装置の構成例＞
本実施形態に係る画像読取装置１０の構成を、図２を用いて説明する。図２は画像読取装置１０の断面模式図である。本発明の実施の形態１に係る画像読取装置１０は密着型の画像読取装置であって、コピー機、複合機、ファクシミリ装置、スキャナ装置などに組み込まれて使用される。

図２において、図面に対して垂直方向をＸ方向、横方向（水平方向）をＹ方向、図２の上下方向（上記Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれに対して垂直な方向である縦方向）をＺ方向とする。Ｘ方向は画像読取装置１０の長手方向であって、画像読取動作における主走査方向に相当する。Ｙ方向は画像読取装置１０の短手方向であって、画像読取動作における副走査方向に相当する。Ｚ方向は画像読取装置１０の厚み方向であり、結像レンズ部３２の光軸方向（焦点深度方向）に相当する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向はそれぞれ互いに直交する。

図２に示す画像読取装置１０は、ライン状光源２１、投光レンズ２２、カバーガラス１２、結像レンズ部３２、センサ基板１３、イメージセンサ４１、補助レンズ３１、およびこれらの部材を保持するための筐体１１を主に備える。センサ基板１３は図２のＸ方向に延びており、たとえばその平面形状は長方形状である。センサ基板１３の主面におけるＹ方向での中央部には、イメージセンサ４１が配置されている。イメージセンサ４１はたとえば図２のＸ方向に線状に延びるラインセンサである。

センサ基板１３の主面における外周部は、筐体１１に接続されている。筐体１１においてイメージセンサ４１と対向する領域には結像レンズ部３２を保持する開口部が形成されている。当該開口部の内部に結像レンズ部３２が固定されている。結像レンズ部３２はイメージセンサ４１の受光面４１ａと対向する位置に配置されている。結像レンズ部３２は後述するようにイメージセンサ４１と同様に図２のＸ方向に延びる形状を有する。

結像レンズ部３２の入射側には補助レンズ３１が配置されている。補助レンズ３１は筐体１１に固定されている。補助レンズ３１は集光機能を有する集光レンズであれば任意の構成のレンズを用いることができるが、たとえば凸レンズを用いる。

結像レンズ部３２をＹ方向において挟むように、２つのライン状光源２１が配置されている。ライン状光源２１は図２のＸ方向に延びるように（つまり結像レンズ部３２に沿って延びるように）配置されている。ライン状光源２１の発光部と対向する位置には、投光レンズ２２がそれぞれ配置されている。投光レンズ２２のＹＺ面に沿った方向における断面形状は図２に示すように凸レンズ状である。ライン状光源２１の発光部は、読取対象である原稿９０における読取位置（点Ａ）に向けて光を出射するように配置されている。ライン状光源２１および投光レンズ２２はそれぞれ筐体１１に固定されている。

筐体１１において補助レンズ３１が配置された側（図２の上側）に位置する開口部をふさぐように、カバーガラス１２が筐体１１に接続されている。カバーガラス１２はライン状光源２１からの光を透過可能であるとともに、画像の読取位置からの反射光を透過可能な透光性の材料（たとえばガラス）により構成されている。読取位置（Ａ点）と結像レンズ部３２との間（光軸上であってカバーガラス１２より筐体１１の内部側）に補助レンズ３１が設けられている。

図３に示すように、ライン状光源２１は光源２４と導光体２３からなる。導光体２３は透明な樹脂またはガラス等の材質からなる略柱状の部材である。複数の光源２４としては発光ダイオード（ＬＥＤ）等が用いられる。光源２４は図３のように導光体２３の長手方向と平行に列状に配置してもよいし、図４に示すように導光体２３の長手方向の延長上に配置し、その導光体２３の端面から投光してもよい。

結像レンズ部３２には例えば図５のようなレンズアレイが用いられる。レンズアレイは円筒直径方向に屈折率分布を持つロッドレンズ３２ａ、ロッドレンズ３２ａを支持する結像レンズフレーム３２ｂ、およびロッドレンズ３２ａと結像レンズフレーム３２ｂを結合し、かつ、ロッドレンズ間の隙間を埋める充填部材３２ｃにより構成される。円筒直径方向に屈折率分布を持つロッドレンズ３２ａの材料としては、セシウム（Ｃｓ）、リチウム（Ｌｉ）、およびタリウム（Ｔｌ）のいずれかを用いたガラス等が用いられる。また、ロッドレンズ３２ａは図５に示すように２列のものでもよいし、当該ロッドレンズ３２ａを１列、あるいは３列以上の複数列に配置してもよい。結像レンズフレーム３２ｂおよび充填部材３２ｃの材料としては、図５の対物側から結像側へ光が漏れないよう、不透光性の材料（例えば黒色の樹脂）が用いられる。

イメージセンサ４１は受光素子アレイを備える。受光素子アレイは、結像レンズ部３２が収束した光を光電変換により読み取る複数の受光素子（たとえばセンサＩＣ）がセンサ基板１３上にＸ方向に配列されたものである。

図２のようにライン状光源２１を２つ備える場合、２つのライン状光源２１はそれらの間のＸＺ平面に対して（たとえば結像レンズ部３２の中心軸を含むＸＺ平面に対して）鏡像関係になるように、当該画像読取装置１０に配置される。

画像の読取位置（Ａ点）より発した原稿情報を含んだ光の全ては、補助レンズ３１および結像レンズ部３２を通ってイメージセンサ４１の受光面４１ａ上のＢ点に達するよう、補助レンズ３１、結像レンズ部３２およびイメージセンサ４１は配置される必要がある。したがって、筐体１１と結像レンズ部３２の隙間を当該光が漏れないように構成されている。

＜画像読取装置の動作＞
ライン状光源２１から発した原稿照射用の光は、投光レンズ２２を介して画像の読取位置（Ａ点）近傍に向けて照射される。そして、Ａ点近傍で反射された光（画像情報を含んだ光）は、補助レンズ３１および結像レンズ部３２を介して集光され、イメージセンサ４１の受光面４１ａ上の結像点（Ｂ点）で結像する。イメージセンサ４１は当該Ｂ点に結像した画像を検出し、所定の電気信号を出力する。このようにして、読取位置（Ａ点）に表示されていた画像を読取ることができる。

＜画像読取装置の効果について＞
このような構成にした場合の効果について図６を用いて説明する。図６（Ａ）は結像レンズ部３２の入射側に補助レンズ３１を配置した本発明の実施形態の構成を示し、図６（Ｂ）は結像レンズ部３２の入射側に補助レンズ３１を配置していない比較例の構成を示している。図６（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれの構成において、部品寸法や部品位置が設計値通りであれば、画像はＢ点に結像する。しかし、通常、工業製品は組み立て誤差や組み立て後の変形等による寸法や配置に関する設計値からのずれを有している。例えば図６（Ａ）、（Ｂ）のように結像レンズ部３２が光軸と垂直な方向において寸法ａだけずれた場合を考える。この場合、図６（Ａ）の構成においては、補助レンズ３１が配置されたことにより結像レンズ部３２に入射する光５１の画角は図６（Ｂ）の場合より小さくなっているため、結像点のＢ点からのずれ量は寸法ｂ１である。一方、図６（Ｂ）の場合には補助レンズ３１が存在しないため、結像点のＢ点からのずれ量は結像レンズ部３２に入射する光５１の画角をそのまま反映し、上記寸法ｂ１より大きな寸法ｂ２となっている（寸法ｂ１＜寸法ｂ２）。このように、図６（Ａ）に示したように補助レンズ３１を備えることで、結像レンズ部３２の位置に設計値からのずれが発生した場合において読み取り画像の乱れを小さくすることができる。

＜画像読取装置の変形例の構成＞
図２に示した上記実施形態においては、画像読取装置１０がカバーガラス１２を備える例について説明した。しかし、本実施形態において、画像読取装置１０がカバーガラス１２を備えない構成としてもよい。例えば、画像読取装置１０が搭載されるコピー機や複合機などにおいて、カバーガラス１２に対応する部材（たとえば透明板）が用意されている場合、図７に示すように画像読取装置１０においてカバーガラスを備えていなくてもよい。

ここで、図７に示した画像読取装置１０は、基本的には図２に示した画像読取装置１０と同様の構成を備えるが、補助レンズ３１および投光レンズ２２の上側にカバーガラス１２（図２参照）が配置されておらず、補助レンズ３１および投光レンズ２２が露出している点が図２に示した画像読取装置１０と異なる。このような構成によっても、図２に示した画像読取装置１０と同様の効果を得ることができる。また、カバーガラス１２（図２参照）を備えないため、画像読取装置１０の構成を図２に示した画像読取装置１０より簡略化・小型化できる。

＜画像読取装置の他の変形例の構成＞
図８に示す画像読取装置１０は、基本的には図２に示した画像読取装置１０と同様の構成を備えるが、結像レンズ部３２の出射側（結像レンズ部３２とイメージセンサ４１との間）に第２の補助レンズ３３が配置されている点が図２に示した画像読取装置１０と異なる。このような構成によっても、図２に示した画像読取装置１０と同様の効果を得ることができる。また、集光レンズである第２の補助レンズ３３が結像レンズ部３２の出射側に配置されているので、イメージセンサ４１と結像レンズ部３２との間の距離をより小さくすることが可能である。

上記実施形態においては、結像レンズ部３２がロッドレンズアレイにより構成される画像読取装置である例を説明したが、本実施形態において、結像レンズ部３２の構成はこの例に限定されない。例えば、結像レンズ部３２は、マイクロレンズアレイにより構成されるレンズであってもよい。また、結像レンズ部３２は、縮小光学系のイメージセンサを構成するレンズやミラーにより構成されてもよい。

上記実施形態においては、投光レンズ２２と導光体２３（図３または図４参照）が別々の部品である例を説明したが、本実施形態において、投光レンズ２２と導光体２３はこの例に限定されない。例えば、導光体２３そのものが投光レンズの役割も果たすようなレンズ構造を有する（一体型の導光体兼投光レンズ）ようにしてもよい。

上記実施形態においては、投光レンズ２２、導光体２３、光源２４などが結像レンズ部３２に対し図２の左右に一対として配置される例を説明した。しかし、本実施形態において、投光レンズ２２、導光体２３、光源２４などは結像レンズ部３２に対して左右一対で構成されなくてもよい。例えば、結像レンズ部３２から見て図２の左または右の一方のみに投光レンズ２２、導光体２３、光源２４などを配置してもよい。

（実施の形態２）
図９に示す画像読取装置１０は、基本的には図２に示した画像読取装置１０と同様の構成を備えるが、カバーガラス１２の一部（具体的には補助レンズ３１と対向する部分）に開口部が形成されている点が図２に示した画像読取装置１０と異なっている。このような構成によっても、図２に示した画像読取装置１０と同様の効果を得ることができる。また、図９に示すようにカバーガラス１２に開口部を設け、補助レンズ３１を読取対象である原稿に対して露出させることによって、補助レンズ３１と原稿９０とを密着ないし近接させることができる。

（実施の形態３）
図１０に示す画像読取装置１０は、基本的には図２に示した画像読取装置１０と同様の構成を備えるが、図２のカバーガラス１２に対応するカバー１４の一部（具体的には補助レンズ３１と対向する部分）に開口部が形成されている点、およびライン状光源を構成する導光体２３の一部がカバー１４の開口部（画像の読取位置の近傍）にまで延びている点が図２に示した画像読取装置１０と異なっている。このような構成によっても、図２に示した画像読取装置１０と同様の効果を得ることができる。また、導光体２３の先端２３ａが画像の読取位置の近傍に配置され、当該先端２３ａから出射した光が画像の読取位置（Ａ点）に確実に照射される。導光体２３の先端２３ａは、読取対象である原稿と密着していてもよいし、当該原稿と近接した位置に配置されていてもよい。

このような構成にした場合、導光体の先端２３ａがＡ点に近接しているため、導光体２３等の部品の位置関係に多少のばらつきがあっても、Ａ点において均質な照度を実現しやすい。

また、導光体の先端２３ａから直接Ａ点へ照明光を照射するため、原稿に照射される照射光が筐体構造体（たとえば図２の筐体１１、カバーガラス１２など）の材質内を通過しない。これにより、筐体１１をガラスのような透明体とする必要がない。したがって、例えば筐体１１の上部表面に接続されているカバー１４を安価な樹脂成型品とし、さらにカバー１４において原稿と接触する面に耐摩耗性に優れたコーティングを施したものとしてもよい。補助レンズ３１は無色透明の部材で、その材質はポリカーボネートのような透明樹脂でもよいし、ガラスでもよい。

上記実施形態においては、画像読取装置１０がカバーガラス１２またはカバー１４を備える例について説明した。しかし、本実施形態において、画像読取装置１０はカバーガラス１２（図２参照）またはカバー１４を備えていなくてもよい。例えば、画像読取装置１０が搭載されるコピー機や複合機などに、カバーガラス１２またはカバー１４に対応する板状部材（たとえば透明板）が用意されている場合、画像読取装置１０にカバーガラス１２またはカバー１４を備えていなくてもよい。

上記実施形態においては、たとえば図９などに示すように投光レンズ２２と導光体２３（図３および図４参照）が別々の部品であってもよい。しかし、本実施形態において、投光レンズ２２と導光体２３はこの例に限定されない。例えば、導光体２３そのものが投光レンズの役割も果たすようなレンズ構造を持つ一体型の導光体兼投光レンズとして構成されてもよい。

上記実施形態においては、投光レンズ２２、導光体２３、光源２４などが結像レンズ部３２に対し図９および図１０の左右に一対で配置される例を説明した。しかし、本実施形態において、投光レンズ２２、導光体２３、光源２４などは左右一対で構成されなくてもよい。例えば、結像レンズ部３２の左または右の一方のみに投光レンズ２２および導光体２３などを含む光源が配置されていてもよい。

上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、以下本発明の特徴的な構成を列挙する。

この発明に従った画像読取装置１０は、受光面４１ａを有するイメージセンサ４１と、結像レンズ部３２と、集光レンズとしての補助レンズ３１とを備える。結像レンズ部３２は、イメージセンサ４１の受光面４１ａと対向配置され、入射した光を受光面４１ａ上に結像する。補助レンズ３１は、結像レンズ部３２の入射側に配置される。

このようにすれば、結像レンズ部３２に入射される光を補助レンズ３１によって集光できるので、結果的に結像レンズ部３２に入射する光の画角を補助レンズ３１が無い場合より小さくできる。このため、結像レンズ部３２の寸法や位置にある程度のずれが発生した場合であっても、結像レンズ部３２によりイメージセンサ４１の受光面４１ａ上に結像される画像の乱れ（受光面４１ａに到達する光量のばらつき）を抑制できる。このため、結像レンズ部３２などの部品の寸法や位置について許容される公差を極度に小さくすることなく画像読取装置１０の小型化を図ることができる。この結果、製造歩留りの低下を抑制しつつ小型化を図ることが可能な画像読取装置１０を得ることができる。

上記画像読取装置１０は、図２に示すように補助レンズ３１の入射側に配置された保護部材（カバーガラス１２）をさらに備えていてもよい。この場合、読取対象の画像が表示された原稿などの読取対象物と補助レンズ３１とが直接接触することを避けるとができる。

上記画像読取装置１０においては、図７、図９、図１０などに示すように補助レンズ３１の入射側表面が露出していてもよい。この場合、補助レンズ３１の入射側表面を保護する保護部材などが配置されていないので、当該保護部材が配置される場合よりも画像読取装置１０の構成を簡略化でき、当該画像読取装置１０を容易に小型化できる。

上記画像読取装置１０は、読取対象である画像を照明するための照明部（図２のライン状光源２１および投光レンズ２２、または図１０の光源および導光体２３）をさらに備えていてもよい。照明部は、結像レンズ部３２に入射する光の光軸に沿った方向において、結像レンズ部３２の位置から補助レンズ３１の位置にまで延びる導光部（図１０の導光体２３において補助レンズ３１の横にまで延びている部分）を含んでいてもよい。

この場合、当該導光部を介して照明部から読取対象である画像に対して照明用の光を照射することができるので、イメージセンサ４１の受光面４１ａ上により鮮明な画像を結像することができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

この発明は、コピー機、複合機、ファクシミリ装置、スキャナ装置などに組込まれる画像読取装置に特に有利に適用される。

１０画像読取装置、１１筐体、１２カバーガラス、１３センサ基板、１４カバー、２１ライン状光源、２２投光レンズ、２３導光体、２３ａ先端、２４光源、３１補助レンズ、３２結像レンズ部、３２ａロッドレンズ、３２ｂ結像レンズフレーム、３２ｃ充填部材、３３第２の補助レンズ、４１イメージセンサ、４１ａ受光面、５１光、９０原稿。

Claims

受光面を有するイメージセンサと、
前記イメージセンサの前記受光面と対向配置され、入射した光を前記受光面上に結像するための結像レンズ部と、
前記結像レンズ部の入射側に配置された集光レンズとを備える、画像読取装置。
前記集光レンズの入射側に配置された保護部材をさらに備える、請求項１に記載の画像読取装置。
前記集光レンズの入射側表面が露出している、請求項１に記載の画像読取装置。
読取対象である画像を照明するための照明部をさらに備え、
前記照明部は、前記結像レンズ部に入射する前記光の光軸に沿った方向において、前記結像レンズ部の位置から前記集光レンズの位置にまで延びる導光部を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の画像読取装置。