JP3938628B2

JP3938628B2 - 画像読取装置

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Publication number: JP3938628B2
Application number: JP08052298A
Authority: JP
Inventors: 彰鬼切
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: JPH11261763A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ、ファクシミリ、複写機等の入力装置として、原稿等の画像を読み取る画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像読取装置は画像の入力装置として、操作性、汎用性に優れ、近年ＯＡ機器、情報機器等の分野で広く用いられている。これらに用いられる画像読取装置としては、その光学系の構造から、縮小結像光学系方式と等倍結像光学系方式（又は密着型）に分かれる。縮小結像光学系方式のものは例えば図１５に示すような構成のものであり、蛍光灯等の線状の光源１０５により原稿１２９を照射し、原稿１２９の読み取りラインＬ上の反射光を縮小レンズ１０６を介してＣＣＤ１０１上に結像して、原稿面の画像データを読み取るものである。この方式は、部品コストが安く、焦点深度は深いが、小型化が困難であり、組立調整に手間を要し、結像の周辺部でのボケが大きいという欠点がある。これに対し、密着型のものは小型化が容易であり、近年、家庭用ファクシミリ装置、小型の複写機等の需要が高まり、これに用いられる画像読取装置としてとしては、小型に適した密着型（等倍結像光学系方式）の画像読取装置が普及しつつある。図１６は例えば特開平６ー３４２１３１号公報にも記載されている従来のかかる密着型の画像読取装置の断面図であり、その概要を説明する。
【０００３】
図１６に示す画像読取密装置は光電変換を行うセンサ画素が複数配列された原稿読取受光素子１２１と、保護膜１２２と、これが実装された基板１２３とからなる成る受光素子アレイ１２４と、原稿を照射する線状光源である複数の発光ダイオード（以下ＬＥＤという。）よりなるＬＥＤアレイ１２５と、原稿１２９の像を受光部である前記受光素子アレイ１２４に結像するレンズアレイ１２６と、原稿１２９を載置する透明板１２７と、これらの部材を支持する外装ケース１２８より構成されている。
【０００４】
上記画像読取装置における動作は、ＬＥＤアレイ１２５により原稿面を照射し、前記原稿面の読み取りライン上の拡散反射光をレンズアレイ１２６により受光素子アレイ１２４上に結像し、前記反射光のもつ原稿１２９の濃淡情報、即ち光の強弱を受光素子アレイ１２４における個々の原稿読取受光素子１２１のセンサ画素が電気信号に変換し、シリアル又はパラレルの信号出力として読み取りラインごとに送り出す。そして、前記原稿１２９とセンサ画素列との相対位置をラインと垂直方向に移動させて、前記ラインごとのデータ送出を繰り返すことにより、２次元画像情報を時系列電気信号に変換する。
【０００５】
しかしながら、前述の密着型の画像読取装置には次のような問題がある。前記レンズアレイ１２６は図面と垂直方向に配列された個々に集光性を有する複数のロッドレンズよりなる複眼レンズであり、このため、受光側において像の重なりが発生し、合成開口角が大きくなるので、被写界深度が浅く、原稿が折れていたり、切り貼りなど原稿に凹凸がある場合に画質が劣化するという問題があった。また、本の見開き部分等の読み取りをすることができず、かかる画像読取装置の用途が限定されていた。
【０００６】
前記のロッドレンズを用いたレンズアレイ１２６における結像の様子を図１７を用いて説明する。図１６に示すレンズアレイ１２６はロッドレンズ１２６ａが前記ライン方向に整列してなり、各ロッドレンズ１２６ａは光軸に直交する方向に屈折率分布を持った透光材よりなっている。個々のロッドレンズ１２６ａは図１７（ａ）に示すように原稿面上の直径Ｘ０の範囲を前記センサ画素の配置されたセンサ面上に正立等倍結像する。ある一点の発光点ｐとその結像ｑを考える。ｐが基準位置にあるとき、丁度センサ面上に集光点があり、結像ｑにボケは生じないものとする。図１７（ｂ）に示すように、発光点ｐがｐ´へｘだけ移動すると、集光点もセンサ面の後方にｘだけ移動し、センサ面における結像ｑはＨの量のぼけを生ずる。ぼけの量Ｈはロッドレンズ１２６ａが単独の場合は、ほぼＨ＝Θｘとなり、開口角Θに依存する。図１７（ｃ）に示すようにロッドレンズ１２６ａが複数個配列しているときには、開口角はΘより大きいΘ′となり、ぼけの量はＨよりも大きいＨ´となり、略Ｈ´＝Θ´ｘとなる。そしてロッドレンズ１２６ａの配列数が増えるほど、結像範囲Ｘ０の重なりにより開口角は大となり、ボケも大となって行く。このように、開口角が広く、比写界深度が浅くなり、発光点ｐの移動に対し結像ｑのボケの量の割合が大きいことが問題となっていた。
【０００７】
このような欠点を除去するために個々のロッドレンズの開口角Θを小さくしようとすると、ｐからｑに至る光路長が長くなり、密着型の画像読取装置に使用する場合、装置の大型化を招く。また、開口角Θを小さくしようとして径の小さなロッドレンズを多数用いようとするとこのようなロッドレンズ自体が高価となる。上記のこれらの欠点を改善することを目的に改良された図１８に示す密着型の画像読取装置が特開平６ー３４２１３１号公報に記載されている。図１８において、１１０は開口制限部材であり、個々の前記ロッドレンズ１２６ａに対応してその出射側に配置されている。他の点に関しては図１６に示した画像読取装置と同様である。本例においては、開口制限部材１１０により個々のロッドレンズ１２６ａの開口角を制限するとともに、各ロッドレンズ間の像の重なりを制限し、ぼけの量を減少しようとしている。
【０００８】
しかしながら、この場合個々のロッドレンズ１２６ａに対し開口制限部材１１０の位置関係を精度良く合わせなければならず、組立性の上で不利となる。その上、開口制限部材１１０により、通過光量が制限され、前記受光素子アレイ１２４への入射光の強度が弱くなり、光電変換におけるＳ／Ｎ比が低下し発生信号の雑音を増加させる傾向を生ずる。
【０００９】
本発明は従来の画像読取装置における上記の問題点、すなわち、装置を小型化にするために、複眼レンズを用いた等倍結像方式を採用しようとすると、一般に、開口角が広く被写界深度が浅いと言う問題、これを改善しようとして被写界深度を深いロッドレンズを用いると、装置の大型化、部品コストの上昇等を招くという問題、ロッドレンズに対し開口制限部材を設けると組立上不利となり、受光素子の信号の雑音を増加させるという問題を解決すべき課題とするものである。そして、本発明はこれらの課題を解決し、折れ曲がり、凹凸、見開き等各種の原稿に対応でき、精度良く原稿の画像を読み取ることができるとともに、組立も容易な画像読取装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１の手段として本発明は、原稿面を照射する照明手段、前記照射された原稿面からの反射光を結像する集光手段、前記結像された光を受光して光電変換する受光手段を備えた画像読取装置において、前記集光手段は互いに焦点距離の異なるすくなくとも2種類の焦点距離を有する複数のレンズを配置して構成され、隣り合うレンズ同士が互いに焦点距離が異なるレンズとなるようにレンズが配列されていることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するための第２の手段として本発明は、前記第１の手段において、前記受光手段において略同一面にそれぞれの焦点が一致するように前記複数のレンズが配置されていることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するための第３の手段として本発明は、前記第１の手段又は第２の手段において、前記集光手段における焦点距離の異なるレンズは光軸に直交する方向に屈折率の変化するロッドレンズであり、光軸方向に互いにずれた位置に配置されることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために第４の手段として本発明は、原稿面を照射する照明手段、前記照射された原稿面からの反射光を結像する集光手段、前記結像された光を受光して光電変換する受光手段を備えた画像読取装置において、前記集光手段は互いに焦点距離の異なるすくなくとも 2 種類の焦点距離を有する複数のレンズを接触又は近接するようにして配置して構成し、前記複数のレンズを互いに半ピッチずらして複数列に配置するとともに、互いに焦点距離の異なるレンズを異なる列に配列することにより２焦点レンズ系を構成することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するために第５の手段として本発明は、前記第１の手段乃至第４の手段のいずれかの前記集光手段において、前記受光手段において、略同一面にそれぞれの焦点が一致するように前記複数のレンズが配置されていることを特徴とする。また、前記集光手段における焦点距離の異なるレンズは光軸に直交する方向に屈折率の変化するロッドレンズであり、光軸方向に互いにずれた位置に配置されることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために第６の手段として本発明は、前記集光手段における焦点距離の異なるレンズが光軸に直交する方向に屈折率の変化するロッドレンズであり、光軸方向に互いにずれた位置に配置されることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の好適な実施の形態の一つである実施例について説明する。図１は本実施例に係る密着型の画像読取装置の構成を示す断面図であり、図２は図１のＡーＡ断面図である。図１に示すように、本例の密着型の画像読取装置は光電変換を行うセンサ画素が複数配列された原稿読取受光素子２１と、保護膜２２と、これが実装された基板２３とからなる成る受光素子アレイ２４と、原稿を照射する線状光源であるＬＥＤアレイ２５と、原稿２９の像を受光部である前記受光素子アレイ２４に結像するレンズアレイ２６と、レンズアレイ２６を保持する支持枠３７と原稿２９を載置する透明板２７と、これらの部材を支持する外装ケース２８より構成されている。
【００１６】
上記密着型の画像読取装置における動作は、ＬＥＤアレイ２５により原稿面を照射し、前記原稿面の読み取りライン上の拡散反射光をレンズアレイ２６により受光素子アレイ２４に結像し、前記反射光のもつ原稿２９の濃淡情報、即ち光の強弱を受光素子アレイ２４における個々の原稿読取受光素子２１のセンサ画素が電気信号に変換し、シリアル又はパラレルの信号出力として読み取りラインごとに送り出す。そして、前記原稿２９とセンサ画素列との相対位置をラインと垂直方向に移動させて、前記ラインごとのデータ送出を繰り返すことにより、２次元画像情報を時系列電気信号に変換する。
【００１７】
レンズアレイ２６は図１および図２に示すように、前記原稿面の読み取りラインに平行な方向に焦点距離ＴＣが互いに異なる２種類のロッドレンズすなわち第１ロッドレンズ３６ａと第２ロッドレンズ３６ｂが交互に配列されてなり、保持枠３７により保持されている。
【００１８】
第１ロッドレンズ３６ａおよび第２ロッドレンズ３６ｂは共に図１７に示して説明した従来のロッドレンズ１２６ａと同様に光軸に直交する方向に屈折率分布を持った透光材よりなっており、第１ロッドレンズ３６ａの焦点距離ＴＣ１と第２ロッドレンズ３６ｂの焦点距離ＴＣ２の間にはＴＣ１＜ＴＣ２の関係がある。Ｓは受光素子アレイ２４における原稿読取受光素子２１が配置されているセンサ面である。図２に示すように第１ロッドレンズ３６ａの透明板２７側の焦点Ａ１の位置する第１焦点面Ｓａは、第２ロッドレンズ３６ｂの透明板２７側の焦点Ａ２の位置する第２焦点面Ｓｂａよりオフセット量ｄｃ＝ＴＣ２ーＴＣ１の距離だけ後方に位置し、第１ロッドレンズ３６ａの受光素子アレイ２４側の焦点Ｂ１と第２ロッドレンズ３６ｂの受光素子アレイ２４側の焦点Ｂ２とは共に前記センサ面Ｓに位置するように、第１ロッドレンズ３６ａと第２ロッドレンズ３６ｂは光軸方向にも互いにずれて配置されている。なお、図２においては図１に示した透明板２７および原稿２９は表示を省いているが、透明板２７の上面が第１焦点面Ｓａの近傍となるように配置されている。
【００１９】
ところで、本例に用いられるようなロッドレンズに関しては、一方の焦点面上の一点から発した光はこれと焦点距離（ＴＣ）だけ離れた他方の焦点面において正立対称の位置の一点に集光する。しかし、発光点が焦点面から離れているときは、一般には等倍正立の位置に集光するとは限らない。なぜならば、発光点が焦点面から離れても常に等倍正立の位置に集光するとするならば、そもそも固有の焦点距離（ＴＣ）または焦点というものを特定し得ないと考えられているからである。発光点が焦点面から離れている場合の集光作用については、従来より、ロッドレンズの屈折率の分布または寸法により、二通りの場合が考えられている。第１の場合は、発光点に対し非等倍（縮小または拡大）正立の位置にある点に集光する場合である。第２の場合は、発光点が焦点面からあまり離れていなければ、近似的に発光点に対し等倍正立の位置にある点に集光する場合である。以下に本例における集光作用に関し前記第１の場合および第２の場合を想定し、順次説明する。
【００２０】
図３は前記第１の場合の集光を想定したときの、本実施例の画像読取装置の集光作用の原理を示す断面図である。（ａ）は全体を示すライン方向（ロッドレンズの配列方向）に平行な断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ部の詳細図、（ｃ）は（ｂ）のＣーＣ矢視図である。説明の都合上、互いに隣接するそれぞれ１個の第１ロッドレンズ３６ａおよび第２ロッドレンズ３６ｂによる集光作用について説明する。前記第１焦点面Ｓａに発光点Ａ０１が位置するとき、その発光のうち、第１ロッドレンズ３６ａに入射した光線は出射光ｓ１として第１ロッドレンズ３６に関し等倍正立の位置にある第１集光点Ｂ０１点に集光する。ここでＢ０１はセンサ面Ｓに一致している。一方、発光点Ａ０１からの発光のうち第２ロッドレンズ３６ｂに入射した光は出射光ｓ２として出射するが、センサ面Ｓにおいては一点に集光せず、後述するように前記焦点面のオフセット量ｄｃに略比例したの範囲のボケを有する結像を生ずる。すなわち、前記の第２ロッドレンズ３６ｂの通過光ｓ２はセンサ面Ｓから略ｄｃだけ後方の正立の位置にある第２集光点Ｂ０２に向かって出射し、センザ面Ｓに入射する。
【００２１】
焦点Ａ１から第１ロッドレンズ３６ａを見た開口角をΘ１、焦点Ａ２から第２ロッドレンズ３６ｂを見た開口角をΘ２とする。第１ロッドレンズ３６ａからの出射光ｓ１によるセンサ面Ｓにおける結像をｑ１、第２ロッドレンズ３６ｂからの出射光ｓ２によるセンサ面Ｓにおける結像をｑ２とすると、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すようにｑ１とｑ２は一部が重なった位置に生ずるが、ｑ１のぼけＨ１はＨ１＝０であり、ｑ２のぼけＨ２は略Ｈ２＝Θ２・ｄｃである。
【００２２】
次に、図４は発光点の移動とぼけの関係示す図であり、（ａ）は全体を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ部の拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＥーＥ矢視図である。図４（ａ）に示すように発光点Ａ０１が第１焦点面Ｓａにあるもとの位置からｘだけ前方のＡ０１′点に移動すると、第１集光点Ｂ０１はもとの位置よりｘだけ前方のＢ０１′点に移動し、第２集光点Ｂ０２はもとの位置よりｘだけ前方のＢ０２′点に移動し、Ｂ０１′およびＢ０２′のセンサ面Ｓからの距離の絶対値はそれぞれ｜ｘ｜および｜ｄｃーｘ｜となる。このとき第１ロッドレンズ３６ａの通過光による結像ｑ１のぼけの量Ｈ１は略、Ｈ１＝Θ１｜ｘ｜となり、第２ロッドレンズ３６ｂの通過光による結像ｑ２のぼけの量Ｈ２は略、Ｈ２＝Θ２｜ｄｃーｘ｜となる。
【００２３】
次に前記第２の場合の集光を想定し、焦点面外の発光点からの入射光に対してもロッドレンズに関し近似的に等倍正立の位置に集光する場合を図５に示す。第１焦点面Ｓａからｘだけ前方のＡ０１′点からの発光のうち第１ロッドレンズ３６ａに入射した光線は出射光ｓ１１としてセンサ面Ｓからｘだけ後方の第１集光点Ｂ０１１点に集光する方向に出射する。一方、Ａ０１′点からの発光のうち第２ロッドレンズ３６ｂに入射した光線は出射光ｓ１２としてセンサ面Ｓからｄｃーｘだけ前方（ｘ＞ｄｃのときはｘーｄｃだけ後方）にある第２集光点Ｂ０１２点に集光する方向に出射する。このとき第１ロッドレンズ３６ａの通過光ｓ１１による結像ｑ１のぼけの量Ｈ１は略、Ｈ１＝Θ１｜ｘ｜となり、第２ロッドレンズ３６ｂの通過光ｓ１２による結像ｑ２のぼけの量Ｈ２は略、Ｈ２＝Θ２｜ｄｃーｘ｜となる。従って、図４に示した集光作用の場合も図５に示した集光作用の場合も、発光点の移動と結像のぼけの関係については、同様の結果となる。
【００２４】
図６は発光点Ａ０の基準位置からの移動量ｘと、第１ロッドレンズ３６ａの通過光による結像ｑ１のぼけの量Ｈ１および第２ロッドレンズ３６ｂの通過光による結像ｑ２のぼけの量Ｈ２の関係を示す図である。ここで、いずれか１の結像についてボケの量が所定値以下であれば、受光面に配置した前記原稿読取受光素子２１を正常に動作させることができる。
【００２５】
そこで、図６に示すＨ１、Ｈ２のうちいずれか小なる方の値をとって、実効的なボケ量ＨＥとし、図１７（ｂ）に示した従来のロッドレンズのぼけ量Ｈと対比させたグラフを図７に示す。ただし、この場合、図１７（ｂ）に示したΘと図４に示したΘ１は等しいものとする。実線はＨＥを破線はＨを示す。図２に示す本実施例の第１ロッドレンズ３６ａおよび第２ロッドレンズｂよりなる集光手段の場合は、発光点の移動に対する実効的なボケの量を従来よりも広い範囲にわたり小さく維持することができる。例えばｘが（３／２）ｄｃの場合はぼけの量を従来の１／３以下とすることができる。
【００２６】
このようにして、２つの結像を重ねて、いずれかぼけの小なる方の１つの結像による受光作用に着目すれば、発光点が移動しても前記の小なる方のぼけをとれば、ぼけを小さく抑えることができるので、開口角を小さくすることなしに、実質的に焦点深度が深くなった結果となる。このようにして実効的なぼけ（いずれか小なる方の結像のぼけ）を減小させることができ、原稿読取受光素子２１を精度よく動作させることができる。この効果は複数のロッドレンズ３６が整列してなるレンズアレイにおいても、同様であり、図１７（ｃ）のΘ′に相当する合成的な開口角を小さくすることなしに、実質的に焦点深度を深くして、実効的なぼけを減小させることができる。従って、本例においては、開口を制限する部材を設けたり、開口角を小さくするために、ロッドの径を小さくしたり、発光点と受光点の距離を長くする必要はない。
【００２７】
このように、焦点距離ＴＣの異なる２種類ロッドレンズを組み合わせて用いることにより、１の発光点からの光が２の異なる位置に集光する２焦点レンズが構成され、基準点から移動したことによる結像の実効的なぼけ（いずれか小なる方の結像のぼけ）を効果的に低減することができる。しかも、上記のように制限部材がなく、開口角も広くとれるので、装置を小型にし、受光面における光量も十分にとれる。これにより、図１に示した本実施例に係る密着型の画像読取装置において、原稿２９の折れ曲がりや、見開き等により透明板２７と原稿２９の間に隙間を生じ、原稿面における反射光の発光点が透明板２７の表面の位置から前方にずれた場合に、このずれに起因して受光面に配置した前記原稿読取受光素子２１における結像に発生するぼけの量を従来より大幅に低減することができ、また、小型装置において、受光面の光量の確保により、原稿面のデータを精度よく読み取ることができる。
【００２８】
なお、本例については、図３、図４に示したように発光点Ａ０（Ａ０′）が第１ロッドレンズ３６ａと第２ロッドレンズ３６ｂの境界の延長上にある場合について説明したが、発光点Ａ０′がこの境界の延長上からいずれか一方の側にずれて位置する場合も、同様の原理により反対側の正立の位置に第１集光点Ｂ０１′および第１集光点Ｂ０２′を生じ、２焦点レンズ系が形成され、すでに説明したのと同様の作用効果を生ずる。
【００２９】
以下図面に基づいて本発明の好適な実施の形態の他の一つである画像読取装置の実施例について説明する。図８は本実施例に係る画像読取装置のの構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。（ｂ）においては原稿２９と透明板２７の表示は省いてある。図８に示すように、本例の密着型の画像読取装置は光電変換を行うセンサ画素が複数配列された原稿読取受光素子２１と、保護膜２２と、これが実装された基板２３とからなる成る受光素子アレイ２４と、原稿を照射する線状光源であるＬＥＤアレイ２５と、原稿２９の像を受光部である前記受光素子アレイ２４に結像するレンズアレイ２６と、レンズアレイ２６を保持する支持枠３７と原稿２９を載置する透明板２７と、これらの部材を支持する外装ケース２８より構成されている。
【００３０】
ここで、レンズアレイ２６は図８（ｂ）に示すように、前記ＬＥＤアレイ２５に照射される原稿面の読み取りラインＬに平行な方向に、焦点距離ＴＣが互いに異なる２種類のロッドレンズすなわち第１ロッドレンズ３６ａと第２ロッドレンズ３６ｂがそれぞれ列に分かれて２列に配列されてなり、保持枠３７により保持されている。第１ロッドレンズ３６ａおよび第２ロッドレンズ３６ｂは個々には図２に示したものと同様であり、これらの光軸方向における位置関係も図２に示したものと同様である。しかし、平面的な位置関係については以下のように異なっている。
【００３１】
第１ロッドレンズ３６ａと第２ロッドレンズ３６ｂの平面的な配列について説明すると、図８（ｂ）に示すように、第１ロッドレンズ３６ａ同士は互いに接触または近接して読み取りラインＬと平行に一方の列に配列され、第２ロッドレンズ３６ｂ同士も互いに接触または近接して前記の読み取りラインＢに平行に他方の列に配列されている。そして、隣り合う２個の第１ロッドレンズ３６ａに対して共通に１個の第２ロッドレンズ３６ｂが接触又は近接し、隣り合う２個の第２ロッドレンズ３６ｂに対して共通に１個の第１ロッドレンズ３６ｂが接触又は近接するように、互いに半ピッチずつずれて配列されている。第１ロッドレンズ３６ａの中心軸３６ａｃ軸と第２ロッドレンズ３６ｂの中心軸３６ｂｃにより軸に垂直な面において、正三角形又形又は略正三角形が構成される。
【００３２】
前記中心軸３６ａｃと３６ｂｃを共に含む断面の断面図（図８（ｂ）のＡーＡ断面図）は図示を省くが、図４に示したものと同様である。従って、本実施例のレンズアレイ２６の集光作用の原理は図１に示した実施例におけるレンズアレイ２６の集光作用と基本的には同様であり、２焦点レンズ系が構成されることにより、センサ面での結像のぼけ（前記実効的なぼけ）を減少させる効果を有する。ただし、本例の場合は、読み取りラインＬ上の任意に１点に対応する３個のロッドレンズ（２個の第１ロッドレンズ３６ａと１個の第２ロッドレンズ３６ｂ、または１個の第１ロッドレンズ３６ａと２個の第２ロッドレンズ３６ｂ）の光軸が互いに近接しており、光軸の離隔に起因する収差よる結像のぼけに関しては、更にこれを低減する効果が得られる。
【００３３】
以下図面に基づいて図８に示した画像読取装置の変形例について説明する。図９は本例に係る画像読取装置の構成を示す断面図である。本例は非接触型で等倍結像方式の画像読取装置であり、図９に示すように光電変換を行うセンサ画素が複数配列された原稿読取受光素子２１と、保護膜２２と、これが実装された基板２３とからなる成る受光素子アレイ２４と、原稿を照射する線状光源であるＬＥＤアレイ２５と、原稿２９の像を受光部である前記受光素子アレイ２４に結像するレンズアレイ２６と、レンズアレイ２６を保持する支持枠３７と、これらの部材を支持する外装ケース２８より構成される読取ユニット部１０と、該読取ユニット部１０の下方に配置され、原稿２９を載置し矢印の方向に読み取りユニット部１０に対し相対移動する載置台１２および図示しない載置台駆動手段とよりなっている。
【００３４】
読み取りユニット部１０の構成は図８に示した画像読取装置から透明板２７を除いたのと同様の構成であるが、外装ケース２８の底部が上になり、載置台１２との間に所定の隙間が確保できるような位置に載置台１２に対向して倒立して保持されている。本例の画像読取装置の作用原理および効果は基本的には図８に示した画像読取の場合と同様であるが、原稿２９の面を上にした状態で画像の読み取りができるので、冊子状の原稿を順次見開き状態で画像読み取りする等の場合には取扱いが容易となるという長所を有する。
【００３５】
以下図面に基づいて本発明の好適な実施の形態の他の一つである実施例について説明する。図１０は本例に係るカラー画像読取用の密着型の画像読取装置の構成を示す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤーＤ断面図である。本例の密着型の画像読取装置は光電変換を行うセンサ画素が複数配列された原稿読取受光素子２１と、保護膜２２と、これが実装された基板２３とからなる成る受光素子アレイ２４と、原稿を照射するカラー線状光源である後述するＬＥＤアレイ２５と、原稿２９の像を受光部である前記受光素子アレイ２４に結像するレンズアレイ２６とレンズアレイを保持する支持枠３７と原稿２９を載置する透明板２７と、これらの部材を支持する外装ケース２８より構成されている。ここでレンズアレイ２６の構成は図１に示した画像読取装置の場合と同様である。
【００３６】
図１０に示したカラー画像読取用の密着型の画像読取装置の動作につき説明する。原稿を照射する線状光源であるＬＥＤアレイ２５は図１０（ｂ）に示すように、ＬＥＤ基板２５ｃの上に略赤色の発光をするＬＥＤ（ＲのＬＥＤ）２５Ｒ、略緑色の発光をするＬＥＤ（ＧのＬＥＤ）２５Ｇおよび略青色の発光をするＬＥＤ（ＢのＬＥＤ）２５Ｂの３種類のＬＥＤが入り交じって読み取りラインの方向に一列に配列されている。これらのＬＥＤは図示しない光源駆動回路により図示しない駆動電極間に駆動電圧が印加されることにより、色毎に時分割で点灯され、原稿面の読み取りラインを照射し、Ｒ、Ｇ、Ｂの色毎に原稿面における対応する色の成分の反射光を生じさせる。
【００３７】
原稿面における反射光も略Ｒ、Ｇ、Ｂの色毎に時分割で反射点に対応するレンズアレイ２６の部分に入射する。図１１は本例のレンズアレイ２６における集光作用を示す図である。発光点Ａ０１′が第１焦点面Ｓａからｘだけ前方にある場合、ＲＧ、Ｂの光ごとに図４に示した実施例の場合と同様にして、第１ロッドレンズ３６ａと第２ロッドレンズ３６ｂの通過光によりそれぞれ第１集光点Ｂ０１′および第２集光点Ｂ０２′を生ずるのであるが、第１ロッドレンズ３６ａと第２ロッドレンズ３６ｂの屈折率は光の波長が短くなるほど増加する傾向があるので、一般には集光点は色別にずれて行く傾向があり、第１ロッドレンズ３６ａのＲ、Ｇ、Ｂの出射光ｓ１１Ｒ、ｓ１１Ｇ、ｓ１１Ｂおよび第２ロッドレンズ３６ｂのＲ、Ｇ、Ｂの出射光ｓ１２Ｒ、ｓ１２Ｇ、ｓ１２に応じて、図に示すように第１集光点としてＢ０１ｒ′、Ｂ０１ｇ′、Ｂ０１ｂ′を、第２集光点としてＢ０２ｒ′、Ｂ０２ｇ′、Ｂ０２ｂ′をそれぞれ生ずる。
【００３８】
ただし、ロッドレンズ内における光路は波状にうねる性質があるので、色収差は補正され、色別の集光点のずれは比較的小とすることができる。第１ロッドレンズ３６ａと第２ロッドレンズ３６ｂとしてこのように色周差の少ないロッドレンズを用いれば、前記の色別の第１集光点Ｂ０１ｒ′、Ｂ０１ｇ′、Ｂ０１ｂ′を色にかかわりなく互いにほぼ一致させ、色別の第２集光点としてＢ０２ｒ′、Ｂ０２ｇ′、Ｂ０２ｂ′も色にかかわりなく互いにほぼ一致させることができる。これにより、原稿のカラー画像の各色の読み取りに関し、図１に示した密着型の画像読取装置と同様の原理により同様の作用効果を有し、精度よくカラー画像を読み取ることができる。又、コストやサイズの関係で色収差の少ないロッドレンズを用いることができない場合であっても、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色ごとに２焦点が形成され、従来に比べれば、各色ごとのセンサ面における前記実効的なボケを減少させることができる。
【００３９】
更に、本発明の好適な実施の形態としては、図１２に示すように、レンズアレイ２６を焦点距離ＴＣ１の第１ロッドレンズ３６ａ、焦点距離ＴＣ２の第２ロッドレンズ３６ｂ、焦点距離ＴＣ３の第３ロッドレンズ３６ｃを読み取りラインの方向に順次周期的に配列して構成したものがある。図１２（ａ）はレンズアレイ２６の配列方向に平行な断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示すＦ部の拡大図である。ここで、前記焦点距離については、ＴＣ１＜ＴＣ２＜ＴＣ３の関係がある。
【００４０】
Ａ１、Ａ２、Ａ３はそれぞれ第１ロッドレンズ３６ａ、第２ロッドレンズ３６ｂ、第３ロッドレンズ３６ｃのセンサ面Ｓと反対側の焦点であり、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はそれぞれ第１ロッドレンズ３６ａ、第２ロッドレンズ３６ｂ、第３ロッドレンズ３６ｃのセンサ面Ｓ側の焦点である。Ｓａは前記焦点Ａ１の位置する第１焦点面、Ｓｂは前記焦点Ａ２の位置する第２焦点面、Ｓｃは前記焦点Ａ３の位置する第３焦点面である。そして、第１焦点面Ｓａの前方にはオフセット量ｄｃ１＝ＴＣ２ーＴＣ１の距離だけ離れて第２焦点面Ｓｂが位置し、第２焦点面Ｓｂの前方にはオフセット量ｄｃ２＝ＴＣ３ーＴＣ２の距離だけ離れて第３焦点面Ｓａが位置し、前記焦点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は共にセンサ面Ｓに位置するように、第１ロッドレンズ３６ａ、第２ロッドレンズ３６ｂ、は順次光軸方向にずらして配置されている。本例においては、オフセット量に関し略ｄｃ１＝ｄｃ２＝ｄｃの関係にある。
【００４１】
本例のレンズアレイ２６の集光作用につき説明する。第１焦点面Ｓａからｘだけ前方に位置する発光点Ａ０´からの発光のうち第１ロッドレンズ３６ａを通過した光はセンサ面Ｓよりも略ｘだけ離れた第１集光点Ｂ０１´に集光し、第２ロッドレンズ３６ｂを通過した光はセンサ面Ｓよりも略｜ｄｃーｘ｜だけ離れた第２集光点Ｂ０２´に向けて集光し、第３ロッドレンズ３６ｃを通過した光はセンサ面Ｓよりも略｜２ｄｃーｘ｜だけ離れた第３集光点Ｂ０１´に向けて集光し、それぞれセンサ面Ｓにおいて結像図ｑ１、ｑ２、ｑ３生ずる。焦点Ａ１、Ａ２、Ａ３がそれぞれ第１ロッドレンズ３６ａ、第２ロッドレンズ３６ｂ、第３ロッドレンズ３６ｃに対してなす開口角をそれぞれΘ１、Θ２、Θ３とするとし、結像ｑ１、ｑ２、ｑ３のぼけの量をそれぞれ、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３とすると、すでに説明したのと同様の原理により、Ｈ１＝Θ１｜ｘ｜、Ｈ２＝Θ２｜ｘーｄｃ｜、Ｈ３＝Θ３｜ｘー２ｄｃ｜の関係が成り立つ。
【００４２】
図１３は発光点Ａ０´の基準位置からの移動量ｘと、前記結像ｑ１、ｑ２、ｑ３のボケの量Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の関係を示す図である。ここで、重なりあった前記３つの結像のボケうち最小のもののボケの量（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３のうち最小のもの）が所定値以下であれば、受光センサ面に配置した前記原稿読取受光素子を正常に動作させることができる。
【００４３】
そこで、図１３に示すＨ１、Ｈ２、Ｈ３のうちいずれか小なる方の値をとって、実効的なボケ量のＨＥとし、図１３に示す。この実効的なボケの量は図６に示した実効的なボケの量ＨＥよりも更に低減している。例えばｘが（５／２）ｄｃの場合はぼけの量を従来の１／５とすることができる。これは本例のレンズアレイ２６においては３焦点のレンズ系が構成されるからである。
【００４４】
更に、本発明の好適な実施の形態としては、図１２に示したレンズアレイ２６の変形として、図１４に示すレンズアレイ２６用いた画像読取装置がある。図１４（ａ）は本例のレンズアイの構成を示す側面図、図１３（ｂ）は上面図である。本例のレンズアレイ２６は、図１２に示したのと同様の第１ロッドレンズ３６ａ、第２ロッドレンズ３６ｂ、第３ロッドレンズ３６ｃにより構成され、光軸方向におけるこれらのロッドレンズの位置関係は、図１２に示したレンズアレイ２６の場合と同様である。
【００４５】
しかし、平面的な配置については、図８（ｂ）に示して説明したのと類似の位置関係により、読み取りラインＬと平行な方向に２列に配列されており、いずれの列も図の左側から右側に向かって第１ロッドレンズ３６ａ、第２ロッドレンズ３６ｂ、第３ロッドレンズ３６ｃの順に周期的に配列されているが、一方の列と他方の列とではこの周期の位相がずれれており、平面的にみれば近接する第１ロッドレンズ３６ａ、第２ロッドレンズ３６ｂ、第３ロッドレンズ３６ｃにより、常に略正三角形が形成されるようになっている。このような配置により、本例のレンズアレイ２６は上記の３焦点による効果のほかに、すでに説明したような光軸接近による収差低下の効果が加わり、センサ面における結像のボケを効果的に低減することができる。
【００４６】
以上に本発明の実施の形態を各実施例により説明してきたが、本発明はこれらに限られるものではなく、同様の効果を有する構成のものについて広く適用されるものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、複眼レンズよりなる集光手段を有する画像読取装置において、開口角を制限せずに、原稿の浮きによる受光部の結像ぼけを低減し、小型で読み取り精度の高い装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一つである画像読取装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡーＡ断面図である。
【図３】図１に示す画像読取装置の作用を示す図である。
【図４】図１に示す画像読取装置の作用を示す図である。
【図５】図１に示す画像読取装置の作用を示す図である。
【図６】図１に示す画像読取装置の作用を示す図である。
【図７】図１に示す画像読取装置の作用を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の一つである画像読取装置の構成を示す図でり、（ａ）は断面図、（ｂ）は上面図である。
【図９】本発明の実施の形態の一つである画像読取装置の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の一つである画像読取装置の構成を示す断面図である。
【図１１】図１０示す画像読取装置の作用を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態の一つである画像読取装置の要部の作用を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態の一つである画像読取装置の要部の作用を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態の一つである画像読取装置の要部の構成を示す図である。
【図１５】従来の画像読取装置の構成を示す斜視図である。
【図１６】従来の画像読取装置の構成を示す断面図である。
【図１７】図１６に示す画像読取装置の作用を示す図である。
【図１８】従来の画像読取装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２４受光素子アレイ
２５ＬＥＤアレイ
２６レンズアレイ
２７透明板
２８外装ケース
２９原稿
３６ロッドレンズ

Claims

原稿面を照射する照明手段、前記照射された原稿面からの反射光を結像する集光手段、前記結像された光を受光して光電変換する受光手段を備えた画像読取装置において、前記集光手段は互いに焦点距離の異なるすくなくとも2種類の焦点距離を有する複数のレンズを配置して構成され、隣り合うレンズ同士が互いに焦点距離が異なるレンズとなるようにレンズが配列されていることを特徴とする画像読取装置。
前記受光手段において、略同一面にそれぞれの焦点が一致するように前記複数のレンズが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
前記集光手段における焦点距離の異なるレンズは光軸に直交する方向に屈折率の変化するロッドレンズであり、光軸方向に互いにずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
原稿面を照射する照明手段、前記照射された原稿面からの反射光を結像する集光手段、前記結像された光を受光して光電変換する受光手段を備えた画像読取装置において、前記集光手段は互いに焦点距離の異なるすくなくとも 2 種類の焦点距離を有する複数のレンズを接触又は近接するようにして配置して構成し、前記複数のレンズを互いに半ピッチずらして複数列に配置するとともに、互いに焦点距離の異なるレンズを異なる列に配列することにより２焦点レンズ系を構成することを特徴とする画像読取装置。
前記受光手段において、略同一面にそれぞれの焦点が一致するように前記複数のレンズが配置されていることを特徴とする請求項４に記載の画像読取装置。
前記集光手段における焦点距離の異なるレンズは光軸に直交する方向に屈折率の変化するロッドレンズであり、光軸方向に互いにずれた位置に配置されることを特徴とする請求項４に記載の画像読取装置。