JP3983206B2 - 画像読取装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原稿からの光をセンサ（受光素子）に収束させるためのレンズアレイを組み込んだ複写機、ファクシミリ、スキャナなどの画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
正立等倍レンズを組み込んだ密着型のイメージセンサは、縮小タイプに比べて部品点数が少なく薄くすることができるため、ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナー等の画像読取装置（イメージセンサユニット）として用いられている。
【０００３】
図９は特許文献１に示された従来の密着型の画像読取装置の全体構成図であり、筺体１００内に導光体１０１を収納したケース１０２と、レンズアレイ１０３を配置し、上部にカバーガラス１０４を設け、下部にラインイメージセンサ（受光素子）１０５を配置した基板１０６を取り付け、導光体１０１の出射面から出射した照明光を、カバーガラス１０４を通して原稿に入射せしめ、その反射光をロッドレンズアレイ１０３を介してラインイメージセンサ１０５にて検出することで、原稿を読み取る。
【０００４】
図１０は前記ロッドレンズアレイ１０３の斜視図であり、ロッドレンズアレイ１０３は多数のロッドレンズ１０３ａ…の両側を樹脂プレート１０３ｂで挟むとともに、ロッドレンズ１０３ａ間に黒色樹脂を充填している。
【０００５】
【特許文献】
特許文献１：特開２００１−３５８９０６号公報 [００１１]
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記イメージセンサユニットの筺体は一般的に樹脂成形品であり、高精度に成形できずまた自己形状保持性も低い。このため、ロッドレンズアレイを全く傾きなく取付けることが困難で、図１０に示すようにロッドレンズアレイの光軸とラインイメージセンサとの間にずれ（Δｙ）が生じる。
図１１はこのずれ（Δｙ）と光量レベルとの関係を長手方向（主走査方向）に沿って検証した結果を示すものであり、この図１１からずれ（Δｙ）が大きくなると光量レベルが大きく低下することが分る。
このように光量レベルの低下が起きると、例えば罫線などの線状画像を取り込む際に、線の歪みが生じ画像品位を低下させてしまう。
【０００７】
これを解消するため、ロッドレンズを副走査方向に２列配列したロッドレンズアレイも用いられている。しかしながら、１列のロッドレンズアレイでも製作コストが高くなっており、これを２列にするのは更に製作歩留まりが悪化しコストアップになる。また２列にしても光軸のずれを完全に解消することはできない。
一方、マイクロレンズアレイを用いれば多数列にするのは簡単であるが、通常のマイクロレンズアレイでは正立等倍レンズとすることができない。
【０００８】
また、密着型の画像読取装置の場合、前記ロッドレンズアレイの光軸とラインイメージセンサとの間にずれ（Δｙ）の他に、原稿の浮きに起因する解像度の低下が問題となる。即ち、本などを開いてガラス板（原稿台）の上に載せると、どうしても頁間部分が浮いてしまう。
そして、従来の画像読取装置にあっては照明装置からの照射光は略ガラス板（原稿台）上に集光するように設計されているため、当該原稿浮きの箇所において照射光量が不均一になり、解像度が低下する。
【０００９】
また、仮に照射光量を原稿の浮きに合わせてある程度分散させても、レンズの焦点深度の問題が生じる。つまり原稿に浮きがあっても解像度が低下しないためにはレンズの焦点深度が大きいことが条件になる。
図１２はレンズの開口角と焦点深度及び伝達光量との関係を示すグラフである。このグラフから分るように焦点深度及び伝達光量とはトレードオフの関係にある。例えば、１ｍｍの原稿の浮きに対応するにはロッドレンズの開口角を６°にしなければならないが、開口角６°のときの伝達光量は約０．３％となり極めて少ない。このため、光量不足を招いてしまう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係る画像読取装置に用いるイメージセンサ用レンズアレイは、レンズプレートを複数枚重ねて正立等倍レンズとして構成し、各レンズプレートには多数の微小レンズが所定ピッチで規則的に２次元状に配列された構成とした。
このように、副走査方向にも多数列のレンズが形成されたレンズプレートを用いることで、光軸とラインイメージセンサとの間のずれ（Δｙ）に起因する光量レベルの低下がなくなる。
【００１１】
前記レンズアレイは、例えば２枚若しくは３枚のレンズプレートを上下に重ねて構成され、上側のレンズプレートの微小レンズの中心と下側のレンズプレートの微小レンズの中心とが一致している。
【００１２】
また、前記レンズアレイの単レンズ開口角を４〜１０°とすることで、伝達光量と焦点深度の両方を満足させることができる。
【００１３】
本発明に係る画像読取装置の照明装置は、端面から入射した光を内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出射面から出射せしめる導光体を備え、この導光体は２種類の反射曲面を有し、それぞれの曲面によって反射された光の集光位置が異なるものを用いることで、原稿の浮きに起因する光量レベルの低下を有効に防止することができる。
尚、２種類の反射曲面としては導光体の長さ方向に直交する方向の断面形状が、楕円弧または放物線をなすものが考えられる。また、左右一対の照明装置を組み込んだ場合には、それぞれの照明装置の高さをずらすことで同等の効果を発揮する。
【００１４】
また画像読取装置としては、イメージセンサ用レンズアレイと受光素子との間、またはイメージセンサ用レンズアレイの上方の少なくとも一方にゴーストカット部を設ける構成としてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
1153730602609_0
は本発明に係るレンズアレイを組み込んだ画像読取装置の断面図、
1153730602609_1
は副走査方向位置と光強度との関係を原稿面の浮き量毎に示したグラフ、
1153730602609_2
はレンズアレイの斜視図、
1153730602609_3
はレンズアレイによる結像を説明した図である。
【００１６】
画像読取装置１は、筐体２内の左右にライン照明装置３，３を配置し、これらライン照明装置３，３の間にレンズアレイ４を配置し、筐体２の下部には凹部５を形成し、この凹部５にイメージセンサ（受光素子）６を固着した基板７を取付け、またライン照明装置３，３及びレンズアレイ４の上方には原稿を載置するガラス板８を設けている。尚、イメージセンサ（受光素子）６はレンズアレイ４の中心線を降ろした位置と略一致する位置に設けられている。
【００１７】
また、レンズアレイ４下方の筐体２の一部を内方に絞込み，この箇所をゴーストカット部９としている。
【００１８】
ライン照明装置３はケース３０内にアクリル樹脂などからなる棒状導光体３１を収納している。導光体３１は長さ方向に直交する方向の断面形状が略１／４楕円の長軸側先端を面取りし、この面取面３１ａに楕円の焦点が含まれ、更に面取面３１ａに光散乱パターンを形成している。
【００１９】
前記導光体３１の長さ方向に沿った表面は、前記面取面３１ａ、楕円の短軸方向と平行な出射面３１ｂ、楕円の長軸方向と平行な反射面３１ｃと前記光散乱パターンからの散乱光を出射面３１ｂに向けて反射する断面が略１／４楕円の反射面３１ｄとからなる。
【００２０】
ここで、原稿紙面浮きに対する光強度特性のピークの移動は、主に照明光の光軸の傾きに依存する。光強度特性は面取り面に形成した散乱パターンの幅に依存する。したがって、導光体３０の傾きと散乱パターンの幅によって、特性曲線を概ね一致させることができる。
【００２１】
また、図２は図１において左側の導光体３１の副走査方向位置（Ｄ）と光強度との関係を原稿面の浮き量毎に示したグラフであり、このグラフから副走査方向位置（Ｄ）を６．５〜７．０ｍｍの範囲にすることで、原稿の浮き量に拘わらず光強度を０．８程度に維持することができることが分る。
【００２２】
一方、レンズアレイ４は図３に示すように、２枚のレンズプレート４０，４０を重ねて正立等倍レンズとして構成されている。各レンズプレート４０は多数の微小レンズ４１…が所定ピッチで規則的に２次元状に配列されている。このレンズプレート４０は例えば、軟らかい状態の紫外線効果樹脂を透明型を用いてプレス成形するとともに外部から紫外線を照射して固めることで製造される（２Ｐ成形法）。
また成形方法としては加熱によって軟化せしめたガラス或いは樹脂をプレス成形するか予め成形したレンズを貼り合わせるようにしてもよい。
【００２３】
上記レンズアレイ４の作用は、図４に示すように、原稿面で反射された導光体３１の出射面３１ｂからの光を、レンズアレイ４を介してイメージセンサ（受光素子）６に収束させる。この場合、レンズアレイ４は副走査方向に複数列の微細レンズ４１が形成されているので、従来のようレンズ光軸とイメージセンサ６のずれに起因する光量レベルの低下は生じない。また、前記したように微細レンズ４１の開口角を４〜１０°の範囲に設定することで、焦点深度と伝達光量の両方を満足できる。
【００２４】
図５は別実施例を示す図１と同様の図であり、この実施例にあっては、導光体３１１は２種類の反射曲面３１１ｃ，３１１ｄを有している。これら反射曲面３１１ｃ，３１１ｄは導光体の長さ方向に直交する方向の断面形状が楕円弧または放物線となっており、散乱パターンを形成した面３１１ａからの光を出射面３１１ｂから出射するとともに、出射した光の集光位置（上下位置）が異なるように設定している。
【００２５】
また図５に示す実施例にあっては、レンズアレイ４を３枚のレンズプレート４０で構成するとともに、レンズアレイ４の上方及び下方の両方にゴーストを生じさせる迷光をカットするゴーストカット部９を設けている。尚、ゴーストカット部９はレンズアレイ４の上方のみに設けてもよい。
【００２６】
図６も別実施例を示す図１と同様の図であり、この実施例にあっては、左右の導光体３１の高さをずらせている。
このように集光位置が異なる反射面を採用するか、左右の導光体の高さをずらすことで、原稿の浮きがあっても配光率の変化を小さくすることができる。
【００２７】
また図６に示す実施例にあっては、ゴーストカット部９はスリット構造をなしている。即ち、ゴーストカット部９はレンズのピッチに対応した隔壁９ａを垂直に形成しており、レンズの配列が六角形稠密構造であればスリットは上方から見てハニカム状になり、レンズの配列が正方稠密構造であればスリットは上方から見て碁盤目状になる。
【００２８】
尚、図示例では２種類の反射曲面３１１ｃ，３１１ｄを対向して設けているが、一方の面に焦点位置が異なる楕円弧または放物線を連続して形成してもよい。
【００２９】
図７（ａ）は本発明に係るレンズアレイを組み込んだ画像読取装置の副走査変位と光強度との関係を示すグラフ、（ｂ）は従来装置の副走査変位と光強度との関係を示すグラフであり、本発明に係るレンズアレイにあってはレンズが複数配列されているので、（ａ）に示すように副走査方向の中心位置から−０．５ｍｍ〜＋１ｍｍの範囲において光強度が８０％以上を維持しているが、従来の導光体では（ｂ）に示すように０ｍｍ以下になると極端に光強度が低下することが分る。
また、図８（ａ）は本発明に係るレンズアレイを組み込んだ画像読取装置の原稿面の浮き量と配光率との関係を示すグラフ、（ｂ）は従来装置の原稿面の浮き量と配光率との関係を示すグラフであり、本発明に係るレンズアレイにあっては焦点深度が深いため、（ａ）に示すように原稿面の浮きが２ｍｍになっても配光率は９０％以上あるが、従来の導光体では（ｂ）に示すように約１．３ｍｍ以下になると極端に配光率が低下することが分る。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば画像読取装置に組み込むレンズアレイとして、多数の微小レンズが所定ピッチで規則的に２次元状に配列されたレンズプレートを複数枚重ねて正立等倍レンズとして構成したので、レンズ光軸とイメージセンサ（受光素子）とのずれに起因する光量レベルの低下を抑制し、線状画像を取り込む際の像の歪み発生を防止することができる。
【００３１】
また、本発明によれば、照明結像位置を上下方向に幅を持たせ、これに合わせて焦点深度を深くしても伝達光量の低下が少なくて済むので、原稿の浮きが大きくなっても高い解像度の画像を取り込むことができる。
【００３２】
特に、従来にあってはレンズ光軸とイメージセンサ（受光素子）とを一致させるために、筐体の寸法、平行度には高精度が要求されていたが、当該筺体は一般的に樹脂成形品であり、高精度に成形できずまた自己形状保持性も低い。このため、ロッドレンズアレイを全く傾きなく取付けることが困難であったが、本発明に用いるレンズアレイであれば、筐体成形時や成形後に多少の変形が生じても、画像読取装置の性能に影響を与えることがなく、またレンズアレイを組み立てる際に必要な光軸調整作業も容易になる。
【００３３】
また、導光体として２種類の反射曲面を有するものを用いることで、原稿の浮きに起因する配光率の低下を抑えることができる。また、左右の導光体の高さをずらすことで、原稿の浮きに起因する配光率の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るレンズアレイを組み込んだ画像読取装置の断面図
【図２】 副走査方向位置と光強度との関係を原稿面の浮き量毎に示したグラフ
【図３】 レンズアレイの斜視図
【図４】 レンズアレイによる結像を説明した図
【図５】 別実施例を示す図１と同様の図
【図６】 別実施例を示す図１と同様の図
【図７】 （ａ）は本発明に係るレンズアレイを組み込んだ画像読取装置の副走査変位と光強度との関係を示すグラフ、（ｂ）は従来装置の副走査変位と光強度との関係を示すグラフ
【図８】 （ａ）は本発明に係るレンズアレイを組み込んだ画像読取装置の原稿面の浮き量と配光率との関係を示すグラフ、（ｂ）は従来装置の原稿面の浮き量と配光率との関係を示すグラフ
【図９】 従来の画像読取装置の断面図
【図１０】 従来のレンズアレイの斜視図
【図１１】 従来装置におけるレンズアレイの光軸と受光素子とのずれ（Δｙ）と光量レベルの関係を示すグラフ
【図１２】 レンズの開口角と焦点深度及び伝達光量との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１…画像読取装置、２…筐体、３…ライン照明装置、３０…ケース、３１，３１１…導光体、３１ａ…面取面、３１ｂ…出射面、３１ｃ…反射面、３１ｄ…反射面、３１１ａ…面取面、３１１ｂ…出射面、３１１ｃ…反射面、３１１ｄ…反射面、４…レンズアレイ、５…凹部，６…イメージセンサ（受光素子）、７…基板，８…ガラス板，９…ゴーストカット部。

Claims (6)

  1. 原稿で反射または原稿を透過した照明装置からの光を受光素子に収束させるためのイメージセンサ用レンズアレイと、照明装置と受光素子を筺体に組み込んだ画像読取装置において、前記照明装置は端面から入射した光を内面で反射させながら長さ方向に沿って設けた出射面から出射せしめる導光体を備え、この導光体は２種類の反射曲面を有し、それぞれの曲面によって反射された光の集光位置が異なることを特徴とする画像読取装置。
  2. 請求項１に記載の画像読取装置において、前記２種類の反射曲面の導光体の長さ方向に直交する方向の断面形状が、楕円弧または放物線であることを特徴とする画像読取装置。
  3. 請求項１又は２に記載の画像読取装置において、前記レンズアレイはレンズプレートを複数枚重ねて正立等倍レンズとして構成され、各レンズプレートには多数の微小レンズが所定ピッチで規則的に２次元状に配列されていることを特徴とする画像読取装置。
  4. 請求項１又は２に記載の画像読取装置において、前記レンズアレイは２枚若しくは３枚のレンズプレートを上下に重ねて構成され、各レンズプレートの微小レンズの中心が一致していることを特徴とする画像読取装置。
  5. 請求項１又は２に記載の画像読取装置において、前記レンズアレイの単レンズ開口角は４〜１０°であることを特徴とする画像読取装置。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像読取装置において、前記イメージセンサ用レンズアレイと受光素子との間または前記イメージセンサ用レンズアレイの上方の少なくとも一方にゴーストカット部を設けることを特徴とする画像読取装置。
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