JP6107116B2 - 原稿照明装置、密着型イメージセンサーモジュールおよび画像読み取り装置 - Google Patents

原稿照明装置、密着型イメージセンサーモジュールおよび画像読み取り装置 Download PDF

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Description

本発明は、原稿照明装置、密着型イメージセンサーモジュールおよび画像読み取り装置に関する。
従来、イメージスキャナー、ファクシミリ等の画像読み取り装置では、密着型イメージセンサーモジュールが多用されている。密着型イメージセンサーモジュールでは、原稿の読み取り幅以上の幅を持つイメージセンサーを原稿に近接して配置し、正立等倍像を結ぶ結像光学装置を原稿とイメージセンサーの間に配置する。この結像光学装置には、屈折率分布型レンズを多数配列したレンズアレイを用いることが一般的である。
近年、多数の曲面レンズを形成したレンズ部材と個々の曲面レンズに対応する多数の貫通孔を形成した遮光部材とを組み合わせて屈折率分布型レンズの代わりに用いることで結像光学装置の製造コストを低減しようとする試みがなされている(例えば特許文献1参照)。一般に、このような曲面レンズを形成したレンズ部材は、屈折率分布型レンズに比べて数倍厚く(レンズ径が大きく)なる。
画像読み取り装置において密着型イメージセンサーモジュールが用いられる場合には、レンズ部材に対して極めて近い位置に原稿照明装置を配置してレンズの光軸と原稿面が交わる領域を照明する。このような原稿照明装置は、レンズアレイの配列方向に長い棒状の導光部材と導光部材の長手方向端面に近接配置される光源とを備えている。
特開2000−214305号公報
しかし、曲面レンズを形成したレンズ部材は、屈折率分布型レンズに比べて数倍厚くなるため、レンズの光軸と導光部材との距離が遠くなり、その結果、原稿の読み取り領域が暗くなるという問題がある。
本発明は、原稿照明装置の読み取り領域における放射照度を高めることを目的の1つとする。
(1)上記目的を達成するための原稿照明装置は、光源と、前記光源からの光を導光する導光部材と、前記導光部材の一部を覆うように設けられ、前記光源からの光を反射する散乱部材と、を備え、前記導光部材は、前記導光部材の長手方向に延び、前記光源からの光を前記散乱部材によって反射する反射面を構成する反射部と、前記反射部と対向するとともに前記反射面の短手方向において前記反射面に対して傾斜するように設けられ、前記反射面で反射された光を射出する射出面を構成する射出部と、が形成されていることを特徴とする。
本発明によると、光源から導光部材に入射した光は、散乱部材によって散乱し、射出面に入射する。射出面は短手方向において底面をなす反射面と平行でないため、散乱部材によって散乱された光の主成分は射出面において導光部材の短手方向に屈折する。これにより、導光部材は、特定の条件下では、導光部材の底面をなす反射面が向いている方向、すなわちその底面をなす反射面に垂直な方向よりも「遠い領域」に光の主成分を射出することができる。
ここで「遠い領域」について図1を用いて説明する。導光部材の底面pに対して垂直な方向に進む任意の光束の射出面pとの交点bで、導光体から空気中に射出する光は、スネルの法則に従い、導光部材の屈折率(例えば1.5とする。)と空気の屈折率差により、射出面側に傾いて射出する。従って、交点bを頂点とし、光束abの任意の長さの延長線分である辺bcと、辺bcと長さが等しく光束abが屈折した光束と平行な線分である辺bdとを有する二等辺三角形bcdと、頂点dを通り辺bcと交わる平面pとを規定すると、bd>beとなる。すなわち、このような平面pを原稿面とするとき、導光部材の底面pに対して垂直な方向に進む任意の光束は、射出面pが底面pと平行である場合に比べて、射出面pとの交点bから遠い領域を照射する。したがって本発明による原稿照明装置をこのような条件で原稿面に対して位置決めする場合、放射照度を落とさずに目標とする原稿領域からより遠い位置に原稿照明装置を配置することができる。また、導光部材の厚さTが同一である条件では、射出面pが底面pと平行である場合に比べて、射出面pの面積を大きくできるため、本発明は光利用効率を高めることができる。すなわち、本発明によると、原稿照明装置を読み取り領域から遠くに配置しなければならない条件下において、読み取り領域における放射照度を高めることができる。
(2)上記目的を達成するための原稿照明装置において、前記導光部材は、前記導光部材の前記長手方向の両端部において前記反射面と前記射出面との間をつなぐ側面を構成する側面部が形成され、前記側面部は、前記導光部材と前記散乱部材との隙間を塞ぐように設けられた突部を有し、前記散乱部材は、前記突部より前記反射部側に設けられていてもよい。
この構成を採用すると散乱部材と導光部材との隙間から光がもれることを抑制できる。これにより、原稿照明装置によって読み取り領域を均一に照明することができる。
(3)上記目的を達成するための密着型イメージセンサーモジュールは、前記原稿照明装置と、前記原稿照明装置に沿って設けられ、光軸方向が前記原稿照明装置の前記反射面の垂線方向と交わる方向であり、前記原稿照明装置によって照明された原稿からの光をリニアイメージセンサーの受光面に正立等倍像として結ぶレンズ部材と、を備えることを特徴とする。
本発明によると、上述の原稿照明装置によって照明された原稿をリニアイメージセンサーに結像させることができる。そして、原稿照明装置とレンズ部材の光軸との距離が離れていても、明るい原稿像をリニアイメージセンサーに結ぶことができる。
(4)プラテンガラス等の位置決め部材によって位置決めした原稿を読み取る場合、密着型イメージセンサーモジュールと原稿の間に位置決め部材がレンズ部材の光軸と垂直な姿勢で設けられる。導光部材の射出面から射出された光が位置決め部材と射出面とで反射を繰り返すと、リニアイメージセンサーの受光面にゴーストが形成される。一般に、レンズ部材の光軸は原稿面に対して垂直に位置決めされる。仮に、レンズ部材の光軸と導光部材の射出面とが垂直であると、原稿面と射出面とが平行になる。
そこで上記目的を達成するための密着型イメージセンサーモジュールにおいて、前記射出面は前記レンズ部材の前記光軸方向に対して垂直でなくともよい。
この構成を採用する場合、位置決め部材と射出面とでの多重反射を抑制できるため、リニアイメージセンサーの受光面に形成されるゴーストを抑制できる。
(5)上記目的を達成するための密着型イメージセンサーモジュールにおいて、前記射出面は前記レンズ部材の光軸の方を向いていてもよい。
図1に示す平面pが射出面pと平行であると仮定すると、射出面がレンズ部材の光軸の方を向いている状態とは、射出面pが図示の姿勢よりも左上がりになっている状態である。この状態に導光部材を位置決めあるいは射出面pを設定すると、射出面pがレンズ部材の光軸dfの方を向いていない状態(図1の状態)に導光部材を位置決めする場合に比べて、ゴーストを抑制しつつ、より遠くの領域を照明することができる。
(6)上記目的を達成するための画像読み取り装置は、前記密着型イメージセンサーモジュールと、前記原稿照明装置および前記レンズ部材に対して原稿を位置決めする位置決め部材と、を備える。
本発明によると、原稿を明るく読み取ることができる。
本発明の原理を説明するための光路図。 図2Aは本発明の実施形態にかかる断面図。図2Bは本発明の実施形態にかかる平面図。 本発明の実施形態にかかる光路図。 本発明の実施形態にかかる断面図。 本発明の実施形態にかかる断面図。 本発明の実施形態にかかる折れ線グラフ。 本発明の実施形態にかかる折れ線グラフ。 本発明の実施形態にかかるイメージ図。 本発明の実施形態にかかるイメージ図。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
1.第一実施例
本発明による画像読み取り装置の第一実施例の構成を図2に示す。図2Aは図2Bに示す2A−2A線の断面図に相当する。この画像読み取り装置100は、原稿照明装置1と結像光学装置20とリニアイメージセンサー50とを含む接触型イメージセンサーモジュールと、プラテンガラス40と、図示しないアナログデジタル変換器、副走査機構、制御部等を備える。
位置決め部材としてのプラテンガラス40は、対象物としての図示しない原稿を結像光学装置20に対して位置決めするための透明な平板の部材である。
リニアイメージセンサー50と結像光学装置20と原稿照明装置1とは、プラテンガラス40と平行に移動する図示しない不透明ハウジングによってそれぞれの相対的な位置関係が固定されている。結像光学装置20は、リニアイメージセンサー50の受光面50aに正立等倍像を結ぶようにプラテンガラス40とリニアイメージセンサー50との間に設けられている。
撮像素子としてのリニアイメージセンサー50は、プラテンガラス40と平行でプラテンガラス40に対向する受光面50aを有する。受光面50aには図示しない多数の光電変換素子が主走査方向に配列されている。
結像光学装置20は、レンズ部材21と図示しない遮光部材を備える。レンズ部材21は、対向する2つの端面のそれぞれに多数のレンズ面21a、21bが直線的に配列されている透明ガラス部材である。レンズ位置決め部材22はレンズ面21a、21bの光軸がプラテンガラス40に対して垂直になる姿勢でレンズ部材21と遮光部材を固定している。レンズ部材21のプラテンガラス40側の端面とリニアイメージセンサー50側の端面とは同一形状である。すなわち、レンズ部材21のプラテンガラス40側のレンズ面21aと、レンズ部材21のリニアイメージセンサー50側のレンズ面21bとは同一の形状を有し、それぞれの端面におけるレンズ面21a、21bの配置も同一である。遮光部材には、それぞれをレンズ面21a、21bの光軸が通る複数のアパーチャが形成されて主走査方向に配列されている。
原稿照明装置1は、結像光学装置20に近接して設けられる。原稿照明装置1は、導光部材10と散乱部材13と光源15とを備えている。
導光部材10は主走査方向に長い棒状のアクリル樹脂(PMMA)からなる透明な部材である。導光部材10の素材としてCOP、COC等のアクリル以外の樹脂を用いてもよいし、ガラスを用いてもよい。導光部材10の長手方向に延びる面のうち、プラテンガラス40と近接して対向する平坦面が射出面10bである。射出面10bの裏側の平坦面が底面10aである。射出面10bと底面10aとの間の両側に側面10c、10dが形成されている。
導光部材10の底面10aはその垂線がプラテンガラス40側においてレンズ部材21の光軸と交わる向きに傾斜している。すなわち、導光部材10は、底面10aから垂直に射出面10bに向かって進む光がレンズ部材21の光軸に接近するように傾いた姿勢でレンズ部材21に対して位置決めされている。底面10aとプラテンガラス40とがなす角θは、レンズ部材21の光軸から導光部材10までの距離や導光部材10の屈折率や射出面10bの傾斜角θによって最適な角度が決まるが、θが大きくなるほど導光部材10からプラテンガラス40と平行な方向に遠い原稿領域を照明することができる。本実施例では厚さt=4mmの結像光学装置20に対してθ=50°とする。
導光部材10の射出面10bは底面10aと平行でない。そして射出面10bは、プラテンガラス40に対して底面10aと同じ方に傾斜している。すなわち、射出面10bは、レンズ部材21の光軸から近い方の辺においてプラテンガラス40から遠く、レンズ部材21の光軸から遠い方の辺においてプラテンガラス40から近い。射出面10bとプラテンガラス40とがなす角θは、レンズ部材21の光軸から導光部材10までの距離や導光部材10の屈折率や底面10aの傾斜角θによって最適な角度が決まるが、0°<θ<θとすることが好ましい。θが0°に近付くと、すなわち射出面10bとプラテンガラス40とが平行に近付くと、射出面10bとプラテンガラス40とで多重反射が起こりやすくなる。このような多重反射は、θ≧10°とすることにより、効果的に抑制できる。一方、底面10aと射出面10bとがなす角(θ−θ)が大きくなるほど、射出面10bを広くすることができ、また、射出面10bでの屈折効果により導光部材10からプラテンガラス40と平行な方向に遠い原稿領域を照明することができる。本実施例ではθ=20°とする。
導光部材10の側面10dには突部12が形成されている。また側面10dは、射出面10b側で側面10cに接近するように中間部で屈折している。そして側面10dの射出面10b側の平坦部は突部12までの領域において結像光学装置20の位置決め部材22に密着している。これにより、導光部材10の射出面10bをレンズ部材21の光軸に接近させることができる。
導光部材10の側面10cは、射出面10b側で側面10dに接近するように中間部で屈折している。側面10cの射出面10b側の縁には突部11が形成されている。この突部11は図示しないハウジングに隣接している。
導光部材10の底面10aには光源15から入射光を長手方向対して均一に分配反射するための光散乱構造を作りこんである。例えば光源15の光が入射する側は小さく、遠くなるに従って大きくなるパターンを白塗料で印刷したり、または、底面10aにカマボコ状の溝を、光源15の光が入射する側から遠くなるに従いピッチを小さくして配置したり、ピッチを同じにして光源15の光が入射する側から遠くなるにしたがってカマボコ状の溝のサグ量を大きくするなどの構造とする。このような印刷パターンや溝のピッチは1〜3mmが望ましい。これより大きいピッチでは照明状態に不均一を生じ、小さいとパターンを形成しにくくなる。ここに示した白パターンや溝の形以外でも同様の効果を示す形状であれば適用できる。導光部材10の側面10cと10dは、光射出側に向けて穏やかに折れた面となっているので、底面10aで散乱した光を効率よく光射出面10bに導くことができる。
散乱部材30は、高い反射率の散乱面30aを有するシート状の部材であって、図示しないハウジングと導光部材10の間に配置されている。散乱部材30は、導光部材10の側面10c、底面10a、側面10dに対して散乱面30aがわずかに離れて対向する位置にあって、導光部材10の側面10cから底面10aを経て側面10dに回り込んでいる。そして、散乱面30aと導光部材10の側面10cとの隙間のプラテンガラス40側の端部は突部11によって閉じられている。これにより導光部材10の側面10cと散乱部材30の隙間からプラテンガラス40に向かって光が漏れ出ることが防止される。また、散乱面30aと導光部材10の側面10dとの隙間のプラテンガラス40側の端部は突部12によって閉じられている。これにより導光部材10の側面10dと位置決め部材22との隙間からプラテンガラス40に向かって光が漏れ出ることが防止される。また導光部材10の側面10dの全部が散乱部材30で覆われていないため、導光部材10を位置決め部材22に密着させてレンズ部材21の光軸に接近させることができる。
また、散乱面30aは、導光部材10の側面10cと平行に曲がっているため、導光部材10の側面10cの屈折部から突部11までの領域から出た光の主成分は、散乱面30aで散乱することにより、導光部材10の底面10aに接近する方向に向かって導光部材10の側面10cに再入射する。また、散乱面30aは、導光部材10の側面10dと平行に曲がっているため、導光部材10の側面10dの屈折部から突部12までの領域から出た光の主成分は、散乱面30aで散乱することにより、導光部材10の底面10aに接近する方向に向かって導光部材10の側面10dに再入射する。
光源15は、図2Bに示すように、導光部材10の主走査方向の端部すなわち長手方向の端部に対向している。光源15は導光部材10の長手方向の端部に向かって光を放射するLEDを備えている。
光源15から放射された光は導光部材10の長手方向の一端部に入射して導光部材10の他端部に向かって進む。導光部材10の底面10aに入射した光は白パターンまたは溝構造により光射出面10bに向けて反射散乱する。

図3に示すように、底面10aから導光部材10に入射する光の主成分は、底面10aに垂直な方向に進み、射出面10bにおいて屈折してプラテンガラス40に向かう。導光部材10の絶対屈折率が空気の絶対屈折率よりも大きいため、射出面10bにおける屈折角θは入射角θよりも大きくなる。したがって、導光部材10の底面10aに対して垂直な光束ABはその延長線がプラテンガラス40の底面に交わる点よりもレンズ部材21の光軸DEに近い点Cにおいてプラテンガラス40に入射する。すなわち、導光部材10の射出面10bから放射される光の主成分は射出面10bが底面10aに対して平行な場合よりも、導光部材10からプラテンガラス40と平行な方向において遠い原稿領域Dを照明する。レンズ部材21の光軸DEとの関係でいえば、導光部材10の射出面10bから放射される光の主成分は射出面10bが底面10aに対して平行な場合よりも、光軸DEに近い原稿領域Dを照明する。
2.第二実施例
図4に本発明の第二実施例による画像読み取り装置200を示す。第二実施例は、導光部材10の射出面10bがプラテンガラス40と平行であり、導光部材10のレンズ部材21側の側面10dに導光部材10と散乱部材30との隙間を塞ぐ突部が形成されていない点においてのみ第一実施例と異なる。
3.比較例と実施例の比較
図5に比較例としての画像読み取り装置300を示す。比較例は、導光部材10の射出面10bが底面10aと平行であり、導光部材10の側面10c、10dのいずれにも導光部材10と散乱部材30との隙間を塞ぐ突部が形成されていない点においてのみ第一実施例と異なる。
以下、レンズ部材21の光軸と原稿面が交わる領域における放射照度を比較例と実施例とについてLight Tools(登録商標)を用いてシミュレーションした結果に基づいて実施例の効果を説明する。シミュレーションに用いた設定値は以下のとおりである(寸法を示す符号については図2、図4、図5を参照)。
導光部材10の厚さT:2mm
導光部材10の高さH:4mm
導光部材10の絶対屈折率:1.52
プラテンガラス40の厚さd:2.8mm
プラテンガラス40の絶対屈折率:1.52
導光部材10からプラテンガラス40までの第一実施例の距離d:0.66mm
導光部材10からプラテンガラス40までの第二実施例の距離d:0.66mm
導光部材10からプラテンガラス40までの比較例の距離d:0.66mm
図6は比較例のシミュレーション結果、図7は第二実施例のシミュレーション結果である。図6、図7において、実線は横軸を主走査方向の変位としてレンズ部材の光軸上の各位置の放射照度を示し、一点鎖線は横軸を副走査方向の変位として主走査方向の中央位置における放射照度を示している。
図6に示すように、比較例では主走査方向端部領域において放射照度が突出して高くなっている。これは、導光部材10の側面10c、10dに突部がないため、光源15から放射された光の一部が導光部材10に入射せずに導光部材10と散乱部材30の隙間を通って原稿面に到達したことによる。これに対して図7に示すように、第二実施例では主走査方向の全域においてほぼ均一な放射照度が得られ、放射照度が比較例に比べて高くなる。光源15から放射された光の利用効率を比較すると、比較例が7.4%であるのに対して第二実施例は17%である。これらの違いは、第二実施例では導光部材10の側面10cに突部11が形成されているため、導光部材10の側面10cと散乱部材30との隙間から光が漏れ出ないことによる。なお、第二実施例では、導光部材10の側面10dには突部が形成されていないが、導光部材10の側面10dと散乱部材30の隙間が位置決め部材22によって塞がれていれば、このように主走査方向の全域においてほぼ均一な放射照度を得られることがわかる。
また図6に示すように、比較例では、主走査方向の中央における放射照度が副走査方向における放射照度の最大値より低くなる。これはレンズ部材21の光軸上の原稿領域よりも導光部材10に近い原稿領域が明るく照明されるために、レンズ部材21の光軸上の原稿領域が暗くなるからである。これに対して図7に示すように第二実施例では、主走査方向の中央における放射照度が副走査方向における放射照度の最大値と等しくなる。このことから、導光部材10の底面10aに対して射出面10bを傾斜させることで、比較例に比べて導光部材10から遠い原稿領域を照射できることがわかる。
次にプラテンガラス40の上面に原稿を置いてリニアイメージセンサー50の受光面を含む平面に原稿を結像させたシミュレーション結果について説明する。原稿面には主走査方向に延びる白い線分が黒を背景として形成されている。図8は第二実施例のシミュレーション結果を二次元画像として出力したイメージ、図9は第一実施例のシミュレーション結果を二次元画像として出力したイメージである。図8に示すように、第二実施例では導光部材10の射出面10bとプラテンガラス40とが平行であるためゴーストが発生する。これに対して図9に示すように、第一実施例ではゴーストが抑制される。このことから、導光部材10の射出面10bとプラテンガラス40とを平行でなくすると、射出面10bとプラテンガラス40での多重反射によるゴーストを抑制できることがわかる。
4.他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態で示した材質や寸法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である構成要素の追加や削除や入れ替えについては説明が省略されている。
具体的には例えば、結像光学装置20として屈折率分布型レンズアレイを用いてもよい。また、光源15としてLED以外のものを用いてもよい。また導光部材10の側面10c、10dはそれぞれ単一の平坦面で構成されていてもよいし曲面で構成されていてもよい。導光部材10の側面10c、10dをそれぞれ単一の平坦面で構成する場合に、側面10c、10dは互いに平行であってもよいし、射出面10bに近づくほど互いに接近してもよい。また導光部材10の厚さTは長手方向において一定であってもよいし、光源15から離れるほど薄くなってもよいし、光源15から離れるほど厚くなってもよい。また、導光部材10のレンズ部材21側の側面10d全体を散乱部材30で覆ってもよい。
1…原稿照明装置、10…導光部材、10a…底面、10b…射出面、10c…側面、10d…側面、11…突部、12…突部、13…散乱部材、15…光源、20…結像光学装置、21…レンズ部材、21a…レンズ面、21b…レンズ面、22…位置決め部材、30…散乱部材、30a…散乱面、40…プラテンガラス、50…リニアイメージセンサー、50a…受光面、100…画像読み取り装置、200…画像読み取り装置、300…画像読み取り装置、p…底面、p…射出面、p…平面

Claims (6)

  1. 光源と、
    前記光源からの光を導光する導光部材と、
    前記導光部材の一部を覆うように設けられ、前記光源からの光を反射する散乱部材と、
    を備え、
    前記導光部材は、
    前記導光部材の長手方向に延び、前記光源からの光を前記散乱部材によって反射する反射面と、
    前記反射面と対向するとともに前記反射面の短手方向において前記反射面に対して傾斜するように設けられ、前記反射面で反射された光を射出する射出面を構成する射出部と、
    前記導光部材の前記長手方向において前記反射面と前記射出面との間をつなぐ側面と、が形成され、
    前記側面は、前記導光部材と前記散乱部材との隙間を塞ぐように設けられた突部を有し、
    前記散乱部材は、前記突部より前記反射面側に設けられる、
    ことを特徴とする原稿照明装置。
  2. 請求項1に記載の原稿照明装置と、
    前記原稿照明装置に沿って設けられ、光軸方向が前記原稿照明装置の前記反射面の垂線方向と交わる方向であり、前記原稿照明装置によって照明された原稿からの光をリニアイメージセンサーの受光面に正立等倍像として結ぶレンズ部材と、
    を備えることを特徴とする密着型イメージセンサーモジュール。
  3. 請求項2に記載の密着型イメージセンサーモジュールであって、
    前記射出面は前記レンズ部材の前記光軸方向に対して垂直でない、
    ことを特徴とする密着型イメージセンサーモジュール。
  4. 請求項3に記載の密着型イメージセンサーモジュールであって、
    前記射出面は前記レンズ部材の光軸の方を向いている、
    ことを特徴とする密着型イメージセンサーモジュール。
  5. 請求項2から4のいずれか一項に記載の密着型イメージセンサーモジュールと、
    前記原稿照明装置および前記レンズ部材に対して原稿を位置決めする位置決め部材と、
    を備えることを特徴とする画像読み取り装置。
  6. 請求項2から4のいずれか一項に記載の密着型イメージセンサーモジュールであって、
    前記射出面は、当該射出面の光を射出する方向に対向して配置されるプラテンガラスとのなす角度が、前記導光部材において前記射出面に対向する反射面と前記プラテンガラスとのなす角度よりも小さくなるように設けられている、
    ことを特徴とする密着型イメージセンサーモジュール。
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