JP3601642B2 - 反射光学ユニット及びスキャナー光学系 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射光学ユニット及びスキャナー光学系に係り、特に、レンズにより規定される共役長を確保すべく撮影対象物とレンズとの間に配置される光路形成用の反射光学ユニット、及び原稿等の画像情報の読み取りに用いられる小型ハンディスキャナーに適したスキャナー光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
照明用の光源で原稿を照明しつつ、該原稿に沿って移動しながら画像情報を取り込むハンディースキャナーでは、読取口（スリット）から入射する原稿面からの光をレンズを介してラインセンサ（ＣＣＤ）に導いている。かかる共役長を確保すべく、従来は、スキャナーのケーシング内に折り返し用のミラーが複数枚設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスキャナー光学系では、必要な共役長を確保するために配置されるミラーの角度の調整が微妙であり、複数のミラーについて適正な角度に組付けることは極めて困難である。
また、折り返し回数が増えるとミラーの枚数が増え、更なる小型化も難しいという問題がある。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、組付けが容易で一層の小型化を図ることができる光路形成用の反射光学ユニットを提供するとともに、かかる反射光学ユニットを適用して小型のハンディースキャナーに好適なスキャナー光学系を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成する為に、撮影対象物とレンズとの間に配置され、前記レンズにより規定される共役長を確保すべく前記撮影対象物からの光を反射する光路形成用の反射光学ユニットにおいて、２組の長さの異なる平行平面を有し、前記２組の平行平面で包囲される媒質領域内に導かれた光を前記平行平面の各面で少なくとも１回反射して該媒質領域から出射するように構成したことを特徴としている。
【０００６】
本発明によれば、２組の長さの異なる平行平面で包囲される媒質領域内に導かれた光は、前記平行平面の各面で少なくとも１回反射され、前記媒質領域から出射される。このように、４つの反射面で光の進行経路を折り返すことで、比較的長い光路長を形成することができる。
また、２組の平行平面の長さに応じて反射回数が増減するので、長い光路長が要求される場合にも折り返し用のミラーを増設する必要がなく、一層の小型化を図ることができる。更に、組付けも容易であるという利点がある。
【０００７】
２組の平行平面は互いに略９０度を成すように構成するのが最も取り扱い易いと考えられるが、他にも、略６０度又は略１２０度を成すようにしてもよい。
２組の平行平面の第１の交線陵付近から光を入射し、他の第２の交線陵付近から出射する構成とするのが、反射面の利用に無駄がなく、設計上も便利である。例えば、２組の平行平面を互いに略９０度を成すように構成した場合、出射光線は入射光線に対して同方向にオフセットして出射される場合と、入射光線に対して直交する方向に出射される場合とがある。出射光線の方向及びオフセット量は２組の平行平面の長さの比率に応じて定まるので、レンズとの配置関係に応じて種々の形態に容易に設計することが可能である。
【０００８】
２組の平行平面を有する反射面は、透明の固体媒質で成形されたプリズムブロックで形成してもよいし、光学ミラーを組み合わせて形成してもよい。
プリズムブロックを用いる場合には、光が入射する第１の交線陵付近及び前記光が出射される第２の交線陵付近の少なくとも一方に、入出射の光線に対して略垂直な入出射面を形成し、交線陵の頂点の部分による光の反射、散乱を防止することが好ましい。前記入出射面は各反射面の反射の妨げにならない程度の大きさに形成することが必要である。
【０００９】
他方、光学ミラーを組み合わせる場合には、光が入射する第１の交線陵付近及び前記光が出射される第２の交線陵付近に前記平行平面の各面の反射に影響を与えない程度の開口部をそれぞれ形成し、光線の入出射を可能にする。
また、本発明は前記目的を達成する為に、原稿面に沿って移動され、前記原稿面からの光をレンズを介してラインセンサに導き、該ラインセンサにより前記原稿面の画像情報を読み取るスキャナー光学系において、２組の長さの異なる平行平面を有し、前記２組の平行平面で包囲される媒質領域内に導かれた前記原稿面からの光を前記平行平面の各面で少なくとも１回反射して該媒質領域から出射し、前記レンズに導くように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明は、上述した反射光学ユニットをスキャナー光学系に適用したものである。かかる構成によれば、反射面の角度調整が不要或いは容易となり、一層の小型化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る反射光学ユニット及びスキャナー光学系の実施の形態について詳説する。
図１は、本発明に係る反射光学ユニットが適用されたハンディースキャナーの側面透視図であり、図２は、正面透視図である。
【００１２】
同図に示すスキャナー１０は、ケーシング１２内に照明用の光源１４、プリズムブロック（反射光学ユニットに相当）１６、レンズ１８、ラインセンサ（ＣＣＤ）２０、スキャナー回路２２及び位置検出用のローラ２４等が配置されて成る。尚、図中符号２６はＣＣＤ基板である。
光源１４は、ケーシング１２の底面部、図１中左下隅部に配設され、該光源１４の右側にプリズムブロック１６が隣接して配置されている。ケーシング１２の底面、前記プリズムブロック１６の真下の部分にはスリット２８が形成され、該スリット２８を介して光源１４の照明光が原稿３０に照射されるとともに、その原稿３０からの光をケーシング１２内に取り込むようになっている。
【００１３】
プリズムブロック１６は、透明の光学プラスチック又はガラスで成形され、断面が略長方形状に形成されている。即ち、このプリズムブロック１６は、長さＡの一組の平行な反射面３２、３４と、長さＢ（＞Ａ）の一組の平行な反射面３６、３８とを有し、下側の反射面３２、３８が原稿３０面に対してθ＝４５度の角度となるように図示しない支持部材により支持されている。
【００１４】
このプリズムブロック１６の下側の反射面３２、３８と、ケーシング１２の底面で画成される空間に前記光源１４及びローラ２４が前記原稿３０からの光の入射光軸を挟んで左右に配置されている。かかる配置を採用することにより、光源１４とローラ２４の距離を近づけて配置することができスキャナーの厚さ方向（図１中左右方向）の薄型化を図ることができる。
【００１５】
プリズムブロック１６の下側の反射面３２、３８が交わる交線陵付近には、原稿３０面に略平行な平面部（入射面）４０が形成され、同様に、上側の反射面３４、３６が交わる交線陵付近にも、原稿３０面に平行な平面部（出射面）４２が形成されている。前記入射面４０及び出射面４２は、各反射面３２、３８、３４、３６の反射の妨げとならない程度の大きさに形成される。
【００１６】
このように、入出射光線に対して垂直な面（入射面４０、出射面４２）を設けたことにより、交線陵の頂点部分による光の反射、散乱を防止することができる。また、出射面４２の幅が小さいとサジタル方向の光量が小さくなり解像度が低下するので、サジタル方向の光量を十分に得られる程度に出射面４２の幅を定める必要がある。
【００１７】
前記スリット２８を介してケーシング１２内に進入した原稿３０からの光は、入射面４０から当該プリズムブロック１６に入射したのち、反射面３６で図中９０度右方向に反射され、以後、反射面３４、３８、３２、…の順に反射され、最終的に出射面４２からプリズムブロック１６外へ出射される。
プリズムブロック１６の上方にはレンズ１８、ＣＣＤ２０が配設され、プリズムブロック１６から出射された光はレンズ１８を介して前記ＣＣＤ２０に導かれる。ＣＣＤ２０の受光面に入射した光は、光の強さに応じた電気信号に変換され、その電気信号はスキャナ回路２２に導かれる。そして、スキャナー回路２２の画像信号処理手段によって原稿画像の情報が取得される。
【００１８】
また、前記ローラ２４には、エンコーダ等の回転数を検出する手段（不図示）が設けられ、スキャナー１０が移動した位置や移動量を検出できるようになっている。
次に、上記の如く構成された本発明に係る反射光学ユニットが適用されたハンディースキャナーの作用について説明する。
【００１９】
図３乃至図６は、プリズムブロック１６を幾何光学的にモデル化した説明図である。長さＡの一組の平行な反射面３２、３４と、長さＢ（＞Ａ）の一組の平行な反射面３６、３８とを有し、これら二組の長さの異なる平行平面が互いに直交して成る反射光学系において、図中白丸で示す最下の頂点（入射点）から光が入射する場合の反射光路について長さの比率（Ａ：Ｂ）との関係で説明する。
【００２０】
図３には、Ａ：Ｂ＝３：４の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きにプリズムブロック１６内に進入した光は、反射面３６（以下、第１反射面という）で図中９０度右方向に反射され、以後、反射面３４（以下、第２反射面という）、反射面３８（以下、第３反射面という）、反射面３２（以下、第４反射面という）の順に、それぞれ１回づつ反射され、最後に再び第１反射面３６で反射され、図中黒丸で示す右端の頂点（出射点）からプリズムブロック１６外に出射される。この場合、総反射回数５回、光路長は４×２^１／２ ×Ａとなる。
【００２１】
図４には、Ａ：Ｂ＝３：５の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きにプリズムブロック１６内に進入した光は、第１反射面３６で図中９０度右方向に反射され、以後、第２反射面３４、第３反射面３８、第１反射面３６、第４反射面３２、第３反射面３８の順に反射され、図中黒丸で示す上側の頂点（出射点）からプリズムブロック１６外に出射される。この場合、総反射回数６回、光路長は５×２^１／２ ×Ａとなる。
【００２２】
図５には、Ａ：Ｂ＝４：５の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きにプリズムブロック１６内に進入した光は、第１反射面３６で図中９０度右方向に反射され、以後、順に第２反射面３４、第３反射面３８、第４反射面３２、第１反射面３６、第２反射面３４、第３反射面３８の順に反射され、図中黒丸で示す左側の頂点（出射点）からプリズムブロック１６外に出射される。この場合、総反射回数７回、光路長は５×２^１／２ ×Ａとなる。
【００２３】
図６には、Ａ：Ｂ＝３：７の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きにプリズムブロック１６内に進入した光は、各反射面で少なくとも１回反射し、合計８回の反射を経て図中黒丸で示す上側の出射点からプリズムブロック１６外に出射される。この場合、光路長は７×２^１／２ ×Ａとなる。
上述したように、Ａ：Ｂの比率を変更することにより反射経路、反射回数が変更され、出射方向を右方向、左方向、上方向と適宜変更することができるとともに、光路長も適宜変更できる。どのような比率を採用するかは、レンズ１８によって規定される共役長に基づいて必要とされる光路長や、スリット２８、レンズ１８及びＣＣＤ２０の配置関係に応じて決定される。
【００２４】
図１に示すようにスリット２８、レンズ１８及びＣＣＤ２０が縦方向に略直線的に並ぶ縦型のスキャナーにおいては、図７（ａ）（ｂ）に示すように入射光線と出射光線が平行になるものを採用する。尚、図１に示すスキャナー１０では、Ａ：Ｂ＝９：１１（総反射回数＝１８回、光路長＝１１×２^１／２ ×Ａ）のプリズムブロック１６が採用されている。
【００２５】
かかる構成により、２組の平行な反射面の長さの比率（Ａ：Ｂ）に応じて反射回数を増減でき、従来の折り返し用のミラーを増設することなく、比較的長い光路長を形成することができる。これにより、ミラーの微妙な角度調整が不要になるとともに、一層の小型化を図ることができるという利点がある。
図１に示すスキャナー１０を原稿３０面に沿って一方向（図中右方向又は左方向）に移動させると、ローラ２４が原稿３０に接触しながら回転し、該スキャナー１０と原稿３０面との距離が一定に保たれ、スキャナー１０は滑らかに移動する。そして、ローラ２４の回転に基づいてスキャナー１０の位置を検出しながら、原稿３０面からの光を上述のプリズムブロック１６、及びレンズ２０を介して順次ＣＣＤ２０に導くことにより、原稿３０の画像情報を取得することができる。
【００２６】
図８には、本発明の他の実施の形態が示されている。同図中、図１に示した実施の形態と同一又は類似の部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。同図に示すスキャナー１０は、レンズ１８、ＣＣＤ２０を結ぶ光軸が原稿３０面と略平行に配置され、スリット２８から入射した光をプリズムブロック１６で反射し、図中右方向に出射するようになっている。尚、符号２５は、補助ローラである。この横型のスキャナー１０においては、図９（ａ）（ｂ）に示すように入射光線に対して直交する方向（図中右方向）に出射光線が出射されるものが採用される。
【００２７】
このように、２組の平行平面の長さの比率に応じて、出射光線の出射方向を変えることができるので、スリット２８及びレンズ１８の位置関係に応じて種々の形態に容易に設計することが可能であるという利点がある。
上記実施の形態では、プリズムブロック１６を例に説明したが、これに限らず、光学ミラーを組み合わせてもよい。即ち、反射面を構成する部材を問わず、２組の平行な反射面で包囲される媒質（プラスチック、ガラス、空気等）が占める領域内に導かれた光が前記反射面の各面（４面）で少なくとも１回以上反射して該媒質領域から出射するように構成されていればよい。
【００２８】
例えば、図９に示したプリズムブロック１６と同等の反射光学ユニットを図１０に示す如く４枚の板状ミラー５２、５４、５６、５８を組み合わせて構成することができる。この場合、ミラー５２（図８の第４反射面３２に相当）とミラー５８（図９の第３反射面３８に相当）の交線部分に隙間（開口部）６０を設け、前述した入射面４０に相当する入射口を形成する。ミラー５４（図９の第２反射面３４に相当）とミラー５８の交線部分に隙間（開口部）６２を設け、前述した出射面４２に相当する出射口を形成する。
【００２９】
上記実施の形態では、２組の平行な反射面が９０度を成している場合について説明したが、２組の平行な反射面の交わる角度は９０度に限らず、図１１に示すように２組の平行な反射面が６０度又は１２０度を成すようにしてもよい。
この場合、同図に示すように、１２０度の角度を形成する一方の交線陵部に入射光線に対して略垂直な入射面４０を形成し、１２０度の角度を形成する他方の交線陵部に出射光線に対して略垂直な出射面４２を形成する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る反射光学ユニットによれば、２組の長さの異なる平行平面の各面で少なくとも１回反射して光の経路を折り返すようにしたので、２組の平行平面の長さに応じて反射回数を増減でき、折り返し用のミラーを増設することなく、比較的長い光路長を形成することができる。これにより、ミラーの微妙な角度調整が不要になるとともに、一層の小型化を図ることができる。
【００３１】
２組の平行平面を有する反射面は、プリズムブロックで形成してもよいし、光学ミラーを組み合わせて形成してもよいが、プリズムブロックとする場合には、光が入射する第１の交線陵付近及び前記光が出射される第２の交線陵付近の少なくとも一方に、入出射の光線に対して略垂直な入出射面を形成することにより、交線陵の頂点の部分による光の反射、散乱を防止することができる。
【００３２】
他方、光学ミラーを組み合わせる場合には、光が入射する第１の交線陵付近及び前記光が出射される第２の交線陵付近に前記平行平面の各面の反射に影響を与えない程度の開口部をそれぞれ形成し、光線の入出射を可能にする。
また、上述した反射光学ユニットをスキャナー光学系に適用すれば、反射面の角度調整が不要或いは容易となり、一層の小型化、薄型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射光学ユニットが適用されたハンディースキャナーの側面透視図である。
【図２】本発明に係る反射光学ユニットが適用されたハンディースキャナーの正面透視図である。
【図３】２組の長さの異なる平行な反射面を有するプリズムブロックの反射経路を説明する為に用いた図である。
【図４】２組の長さの異なる平行な反射面を有するプリズムブロックの反射経路を説明する為に用いた図である。
【図５】２組の長さの異なる平行な反射面を有するプリズムブロックの反射経路を説明する為に用いた図である。
【図６】２組の長さの異なる平行な反射面を有するプリズムブロックの反射経路を説明する為に用いた図である。
【図７】下方から入射する入射光線を上方向に出射させる場合の反射経路の一例を示す図であり、（ａ）は光学系のモデル図、（ｂ）はプリズムブロックの外観斜視図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るハンディースキャナーの側面図である。
【図９】下方から入射する入射光線を右方向（横方向）に出射させる場合の反射経路の一例を示す図であり、（ａ）は光学系のモデル図、（ｂ）はプリズムブロックの外観斜視図である。
【図１０】下方から入射する入射光線を右方向（横方向）に出射させる反射光学ユニットの他の実施の形態を示す斜視図である。
【図１１】２組の平行な反射面が６０度又は１２０度を成すように構成した場合の反射経路を説明する為に用いた図である。
【符号の説明】
１０…スキャナー
１２…ケーシング
１４…照明用の光源
１６…プリズムブロック（反射光学ユニット）
１８…レンズ
２０…ラインセンサ（ＣＣＤ）
２２…スキャナー回路
２４…位置検出用のローラ
３０…原稿
３２、３４、３６、３８…反射面
４０…入射面
４２…出射面
５２、５４、５６、５８…ミラー
６０…入射口（開口部）
６２…出射口（開口部）

Claims (9)

1. 撮影対象物とレンズとの間に配置され、前記レンズにより規定される共役長を確保すべく前記撮影対象物からの光を反射する光路形成用の反射光学ユニットにおいて、
   ２組の長さの異なる平行平面を有し、前記２組の平行平面で包囲される媒質領域内に導かれた光を前記平行平面の各面で少なくとも１回反射して該媒質領域から出射するように構成されていることを特徴とする反射光学ユニット。
2. 前記２組の平行平面は、互いに略９０度を成していることを特徴とする請求項１の反射光学ユニット。
3. 前記２組の平行平面は、互いに略６０度又は略１２０度を成していることを特徴とする請求項１の反射光学ユニット。
4. 前記２組の平行平面を有する反射面は、プリズムブロックで形成されていることを特徴とする請求項１の反射光学ユニット。
5. 前記２組の平行平面を有する反射面は、光学ミラーで形成されていることを特徴とする請求項１の反射光学ユニット。
6. 前記撮影対象物からの光は、前記２組の平行平面の第１の交線陵付近から入射し、他の第２の交線陵付近から出射されることを特徴とする請求項１の反射光学ユニット。
7. 前記２組の平行平面を有する反射面は、プリズムブロックで形成され、前記第１の交線陵付近及び第２の交線陵付近の少なくとも一方には、入出射の光線に対して略垂直な面であって、前記平行平面の各面の反射の妨げとならない程度の大きさの入出射面が形成されていることを特徴とする請求項６の反射光学ユニット。
8. 前記２組の平行平面を有する反射面は、光学ミラーで形成され、前記第１の交線陵付近及び第２の交線陵付近には、前記平行平面の各面の反射に影響を与えない程度の開口部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項６の反射光学ユニット。
9. 原稿面に沿って移動され、前記原稿面からの光をレンズを介してラインセンサに導き、該ラインセンサにより前記原稿面の画像情報を読み取るスキャナー光学系において、
   ２組の長さの異なる平行平面を有し、前記２組の平行平面で包囲される媒質領域内に導かれた前記原稿面からの光を前記平行平面の各面で少なくとも１回反射して該媒質領域から出射し、前記レンズに導くように構成されていることを特徴とするスキャナー光学系。

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