JPH07107352A - イメージセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一次元の濃淡パターン画像情報を種々の時系
列的または空間分布的情報に変換または変換記録するイ
メージセンサに関し、光学系の結像性能を損なうことな
くレンズ系および光学系全体の小型化を図ることを目的
とする。 【構成】 光軸に対して直列的に対称配置された複数の
レンズ系を介して対象画像を読取り素子に結像させるイ
メージセンサであって、対象画像に対する結像画像を損
なうことなく、かつ読取り素子から十分な出力が得られ
る範囲内でレンズ系のレンズ形状を非光軸対称形状に切
削または成形加工し、イメージセンサ自体を小型化した
構成を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一次元の濃淡パターン
画像情報を種々の時系列的または空間分布的情報に変換
または変換記録するイメージセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来のイメージセンサの構成図
で、原稿画像上の線状領域のパターンをレンズセットに
よってリニア受光素子上に結像させ、リニア受光素子上
の光強度分布を電気的走査によって一連の時系列的電気
信号に変換して出力するファクシミリ用のイメージセン
サで、リニア受光素子としてリニアＣＣＤ（電荷結合素
子）を用いている。

【０００３】このイメージセンサは、光軸ｒに対して対
称な形状の複数のレンズによって構成される結像用レン
ズセット１０と、このレンズセット１０によって結像さ
れる像の光強度分布を時系列的電気信号に変換するリニ
ア受光素子であるリニアＣＣＤ２とを備える。

【０００４】読み取り対象となる原稿画像３上の線状領
域４は、この線状領域４に平行して設けられたライン照
明ユニット５によってほぼ均一な照度で照明され、線状
領域４の像は結像レンズセット１０によってリニアＣＣ
Ｄ２上に約 1／10の倍率で縮小結像される。これによっ
て原稿の読み取り対象となる線状領域４の濃淡分布情報
が、光強度分布としてリニアＣＣＤ２上に転写され、さ
らにリニアＣＣＤ２によって一連の時系列的電気信号へ
変換される。

【０００５】線状領域４上のパターンの読み取りが終了
すると、読み取り線状領域４と直角方向（図のｙ方向）
Ｆへ読み取り画素ピッチ分だけ原稿または光学系を副走
査し、再び前述と同様にして新たな線状領域４の読み取
りを実施する。この動作を繰り返すことによって二次元
画像の読み取りを行う。ただし、バーコードリーダのよ
うに一次元パターンの読み取りだけを行えばよいもので
は、副走査機構は省略される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、結像レンズ
セット１０は光軸ｒに対して対称な形状を有するレンズ
によって構成されており、多くの場合、光軸ｒに対して
大きな角度で入射する線状領域４の端部の像の収差を低
減するために、複数のレンズを一つの固定枠内に光軸ｒ
に対して直列的に組み合わせて固定した複数レンズ構造
のものが使用されている。

【０００７】図６および図７に、２枚レンズ構成の結像
用レンズセット１０を用いたイメージセンサ光学系の例
を示す。図６は線状領域４のライン直角方向（図５のｙ
方向）から見た平面図であり、図７は線状領域４のライ
ン方向（図５のｘ方向）から見た側面図である。さら
に、図８として結像用レンズセット１０およびリニアＣ
ＣＤ２付近の詳細構成図を示す。

【０００８】図６に示すように、線状領域４の端部から
の光線Ｌａは、ライン直角方向（以下、ｙ方向、とい
う）から見た場合、光軸ｒに対して大きな角度で結像用
レンズセット１０を構成する物体側のレンズ１０ａに入
射する。このため、像側に設置するレンズ１０ｂにおい
ては、これら線状領域４の端部からの光線Ｌａは光軸ｒ
からライン方向（以下、ｘ方向、という）へ離れた位置
へ入射することになり、物体側のレンズ１０ａに入射し
た光の全てをカバーするためにはより大きな径のレンズ
１０ｂが必要となる。したがって、これらのレンズ１０
ａ，１０ｂを固定するレンズ枠１０ｃの外径は、レンズ
セット１０を構成しているレンズの最大径Ｂよりも大き
なものが必要となる。

【０００９】ところが、このようなイメージセンサにお
いては、線状領域４のｙ方向のパターン分布情報に関し
ては扱われないため、図７に示すように、ｙ方向に関す
る物体の高さはほとんど光軸ｒ近傍のみに限られる。こ
の例によるイメージセンサでは、使用されるリニアＣＣ
Ｄ２の画素アレイの直角方向の高さが約１４μｍであ
り、レンズセット１０の倍率が 1／10であるので、原稿
面上におけるｙ方向の有効高さは光軸±０.0７mm程度に
なる。

【００１０】このため、物体から発せられる光線は線状
領域４に沿ったｘ方向から見た場合、物体側のレンズ１
０ａに対して大きな角度で入射せず、像側のレンズ１０
ｂに対してもｙ方向に関しては全て光軸ｒ付近に入射す
る。

【００１１】したがって、像側レンズ１０ｂ面上におい
て光線が入射する領域は、おおよそ図８の斜線で示した
偏平領域αとなる。このように、光軸ｒに対して対称な
形状のレンズを使用する従来の構成においては、レンズ
セット１０内で最大径レンズとなる像側レンズ１０ｂの
ｙ方向の上下部分は利用されていないにもかかわらず、
レンズセット１０の枠外径はｙ方向に対しても同レンズ
を収容し得るだけのｘ方向と同じ寸法が必要となり、光
学系のコンパクト化を阻む原因のひとつとなっていた。

【００１２】本発明は、光学系の結像性能を損なうこと
なしに結像用レンズセットおよび光学系全体の小型化を
図ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、光軸に対して
直列的に対称配置された複数のレンズ系を介して対象画
像を読取り素子に結像させるイメージセンサであって、
対象画像に対する結像画像を損なうことなく、かつ読取
り素子から十分な出力が得られる範囲内でレンズ系のレ
ンズ形状を非光軸対称形状に切削または成形加工した構
成を有する。

【００１４】この場合、読み取るべき対象画像は一次元
画像領域または微小幅を有する線状の二次元画像領域で
ある。また、読取り素子は光電変換素子であり、この光
電変換素子は少なくとも一次元画像領域から得られる光
強度分布を電気信号パルス列に変換する受光素子であ
る。

【００１５】また、読取り素子としては、読み取るべき
対象画像の情報を帯電量等の空間的電気情報に変換記録
する媒体あるいは感光材料であってもよい。

【００１６】また、レンズ系は読み取るべき対象画像に
対する結像画像を損なうことなく、かつ読取り素子から
十分な出力が得られる範囲内で読取り素子より検出され
る一次元画像領域または微小幅を有する線状の二次元画
像領域と平行方向に切削または成形された偏平レンズ形
状のレンズを含んでいる。そして、この偏平レンズは成
形加工によって形成するようにしてもよい。

【００１７】

【作用】本発明は、複数のレンズ系の中で最大径のレン
ズ、特に像側のレンズには、読み取りラインに直角な方
向（ｙ方向）の上下部分に、所定の読み取り対象である
線状領域からの光線が入射せず、線状領域の結像に寄与
しない部分が多く存在することに着目してなされたもの
で、最大径のレンズの外形の一部を、読み取り対象とな
る原稿上の線状領域から発せられる光線が遮断されない
範囲であって、かつ読み取り素子において光強度分布の
検出が行われるライン方向と平行方向に切断し、それに
よってレンズ系のライン垂直方向（ｙ方向）の寸法を短
い寸法とすることにより、イメージセンサの光学系をラ
イン直角方向（ｙ方向）に薄くするように構成した。

【００１８】

【実施例】図１〜図３は本発明によるイメージセンサの
一実施例を示す構成図で、前述した図５に示すファクシ
ミリ用光学系に本発明を適用した場合の実施例を示し、
従来の構成と同一構成要素には同一符号を付して説明す
る。

【００１９】図１は本実施例の光学系を線状領域４に沿
ったラインに対して直角方向（ｙ方向）から見た平面
図、図２は同光学系を線状領域４に沿ったライン方向
（ｘ方向）から見た側面図、図３は本発明による結像用
レンズセット１およびリニア受光素子２付近の詳細構成
図である。

【００２０】本実施例は、２５６mm（Ｂ４判）幅の線状
領域４の濃淡分布の読み取りが可能なイメージセンサで
あり、読み取り原稿画像３上の長さ２５６mmの線状領域
４の濃淡分布を、レンズセット１によって線状領域４か
ら３００mmの光路長で平行に配置されているリニア受光
素子２上に倍率０.1１２倍で結像するように構成されて
いる。

【００２１】本実施例のリニア受光素子２はリニアＣＣ
Ｄで構成され、同素子２上の一次元空間的光強度分布情
報を時系列的電気信号に変換して出力する。また、同リ
ニアＣＣＤ２は有効画素数２０４８個、有効長２８.6７
２mm（画素ピッチ：約１４μｍ）の素子が用いられてお
り、レンズセット１の縮小倍率および分解能と併せてセ
ンサ光学系全体として４本ペア／mmの原稿解像度を得て
いる。

【００２２】また、本実施例の結像用レンズセット１
は、アクリル樹脂を加圧射出成形することによって製造
された２枚の非球面レンズ１ａ，１ｂが、遮光性のエン
ジニアリングプラスチック材料の射出成形によって製造
されたレンズ固定枠１ｃ内に光軸ｒに関して直列的に配
置されるように固定して組み立てられた構造となってい
る。

【００２３】このレンズセット１の物体側のレンズ（以
下、第１レンズ、という）１ａは、光軸ｒに対して対称
形状を有する有効径Ａが６mmのレンズであり、この有効
径Ａがレンズセット１の開口径となっている。

【００２４】読み取り線状領域４から発せられた光のう
ち第１レンズ１ａに入射した光は、レンズ１ａによって
屈折した後、後方に設置されているもう一枚の像側のレ
ンズ（以下、第２レンズ、という）１ｂに入射する。こ
の場合、線状領域４の端部からの光線Ｌａは、図１に示
すように、線状領域４と直角のｙ方向から見た場合、光
軸ｒに対して大きな角度（最大画角２5.３度）で第１レ
ンズ１ａに入射するため、第２レンズ１ｂにおいては、
光軸ｒからｘ方向へ離れた位置へ入射することになる。
このため、第２レンズ１ｂが第１レンズ１ａに入射した
光のすべてをカバーするためにはｘ方向に関してより大
きな径を有することが必要となる。

【００２５】これに対して、リニアＣＣＤ２の画素のア
レイ直角方向（ｙ方向）の高さは約１４μｍ、レンズの
倍率が０.1１２であるので、結像に寄与するｙ方向の長
さは光軸±０.0７mm程度となり、ｙ方向に関しては図２
に示すように、第１レンズ１ａに入射する光線は光軸ｒ
に対して非常に小さい角度の範囲（最大画角０.0１度）
のみが有効となる。このため、第２レンズ１ｂに対して
も、リニアＣＣＤ２上に結像する有効な光線はｙ方向に
関しては全て光軸ｒ付近に入射する。

【００２６】したがって、第２レンズ１ｂ面上において
光線が入射する領域はおおよそ図３の斜線で示した偏平
領域αとなる。本実施例の結像用レンズセット１の仕様
は、斜線領域αのライン方向（ｘ方向）の寸法Ｂａが約
１３mm、ライン直角方向（ｙ方向）の寸法Ａａは約４.5
mmであり、第２レンズ１ｂを従来の光軸対称形状レンズ
でつくる場合、その直径Ｂは前記寸法の大きい方を上回
る１５mm程度が必要となるが、本実施例においては、図
３に示すように、第２レンズ１ｂの形状を直径１５mmの
軸対称レンズの上下をｘ方向に平行に光軸ｒから３mmの
距離を保ってカットした形状としており、同レンズ１ｂ
のｙ方向の寸法Ｃは６mmとなる。

【００２７】従来のレンズセット１０においては、この
レンズセット１０を構成する最大径レンズである第２レ
ンズ１０ｂ（直径１５mm）を収容するため、直径１９mm
程度の円筒型のレンズ固定枠１０ｃが必要であったが、
本実施例では、レンズセット１の中で最大径を有する第
２レンズ１ｂのｙ方向の寸法Ｃが６mmに抑えられている
ため、レンズ固定枠１ｃの寸法もｘ方向に１９mm、ｙ方
向に１０mmに抑えられており、光学系全体の厚さ、つま
りｙ方向の寸法が薄くなっている。

【００２８】また、実際のファクシミリ装置等の光学系
においては、コンパクト化を図るために、図４(a) に示
すように複数の平面鏡Ｍを用いて読み取り原稿３ａおよ
びレンズセット１間の物界光路を折り畳んだ構造となっ
ているものが多い。しかし、従来のレンズセット１０の
構造では、図４(b) に示すように、レンズセット１の高
さ（外径）の制約によって折り返しミラーＭへのライン
直角方向（ｙ方向）に関する入射角度が大きくなってし
まい、光学系全体の高さＨｂを低くすることを阻む原因
となることがしばしば生じていた。

【００２９】しかし、本実施例の光学系を同様に折り畳
んだ場合は、図４(a) に示すようにレンズセット１のラ
イン直角方向（ｙ方向）の寸法が小さいため、折り返し
ミラーＭへの入射角度をより小さく設定することが可能
となり、光学系全体の高さＨａをＨｂより低くすること
が可能となる。

【００３０】なお、前述の実施例では、本発明をファク
シミリ用のイメージセンサに適用する場合について述べ
たが、ディジタル複写機、イメージスキャナ等の他の二
次元画像の読み取り装置にも幅広く用いられるほか、バ
ーコードリーダ等の一次元情報の読み取り装置にも用い
ることができる。

【００３１】また、前述の実施例では、リニア受光素子
として光強度空間分布を時系列的電気信号に変換するリ
ニアＣＣＤのような光電変換素子を用いたが、光強度空
間分布を帯電量等の空間的電気情報へ変換記録する媒体
を用い、この媒体をドラム形状としてライン方向と直角
に副走査させる機構と組み合わせることにより、普通紙
複写機等への適用が可能である。

【００３２】さらに、リニア受光素子として銀塩写真フ
ィルムやフォトレジストが塗布された平面媒体等の各種
化学感光体媒体上に読み取り線状領域の結像領域に相当
する開口を有するスリットを密着して重ね合わせたもの
を用い、この素子上に結像される像の光強度分布情報を
化学的結合状態の分布（化学潜像）に変換する構造で湿
式複写機や各種走査型写真機への適用が可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、結像レンズセットの少
なくとも最大直径レンズを、線状領域の結像に寄与する
光線に影響を与えることなしに、偏平レンズに置き換え
ることによって、光学系の結像性能を損なうことなしに
結像用レンズセットおよび光学系全体の小型化を図るこ
とが可能となる。

【００３４】また、本発明によれば、レンズを成型法に
よって製造した場合、研磨による製造の際に必要となる
軸対称のレンズをいったん製造した後、その上下部分を
カットするという２段階のプロセスを経ることなしに直
接偏平形状のレンズを製造することが可能であり、偏平
レンズの採用に伴う製造工程の繁雑化を避けることが可
能となり、より小型かつ高信頼性を有する装置をより低
価格で提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるイメージセンサの一実施例を示す
構成図で、光学系を線状領域に沿ったラインに対して直
角方向から見た平面図である。

【図２】図１に示す光学系を線状領域に沿ったライン方
向から見た側面図である。

【図３】図１に示す結像用レンズセットおよびリニア受
光素子付近の構成図である。

【図４】ファクシミリ装置の光学系に本実施例および従
来例を適用した場合の構成図である。

【図５】従来の縮小光学系型イメージセンサの構成図で
ある。

【図６】図５に示す光学系を線状領域に沿ったラインに
対して直角方向から見た平面図である。

【図７】図５に示す光学系を線状領域に沿ったライン方
向から見た側面図である。

【図８】図５に示す結像用レンズセットおよびリニア受
光素子付近の構成図である。

【符号の説明】

１ 結像用レンズセット １ａ 物体側レンズ（第１レンズ） １ｂ 像側レンズ（第２レンズ） １ｃ レンズ固定枠 ２ リニア受光素子 ３ 原稿画像 ３ａ 原稿 ４ 線状領域 ５ ライン照明ユニット Ｍ 折り返しミラー ｒ 光軸

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸に対して直列的に対称配置された複
   数のレンズ系を介して対象画像を読取り素子に結像させ
   るイメージセンサであって、 前記対象画像に対する結像画像を損なうことなく、かつ
   前記読取り素子から十分な出力が得られる範囲内で前記
   レンズ系のレンズ形状を非光軸対称形状に切削または成
   形加工したことを特徴とするイメージセンサ。
2. 【請求項２】 前記読み取るべき対象画像は、一次元画
   像領域または微小幅を有する線状の二次元画像領域であ
   ることを特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
3. 【請求項３】 前記読取り素子は、光電変換素子である
   ことを特徴とする請求項１または２記載のイメージセン
   サ。
4. 【請求項４】 前記光電変換素子は、少なくとも前記一
   次元画像領域から得られる光強度分布を電気信号パルス
   列に変換する受光素子であることを特徴とする請求項３
   記載のイメージセンサ。
5. 【請求項５】 前記読取り素子は、前記読み取るべき対
   象画像の情報を帯電量等の空間的電気情報に変換記録す
   る媒体であることを特徴とする請求項１または２記載の
   イメージセンサ。
6. 【請求項６】 前記読取り素子は、感光材料であること
   を特徴とする請求項１または２記載のイメージセンサ。
7. 【請求項７】 前記レンズ系は、前記読み取るべき対象
   画像に対する前記結像画像を損なうことなく、かつ前記
   読取り素子から十分な出力が得られる範囲内で前記読取
   り素子より検出される前記一次元画像領域または微小幅
   を有する線状の二次元画像領域と平行方向に切削または
   成形された偏平レンズ形状のレンズを含んでいることを
   特徴とする請求項１記載のイメージセンサ。
8. 【請求項８】 前記レンズ系のうち、少なくとも前記偏
   平レンズは成形加工によって形成されていることを特徴
   とする請求項７記載のイメージセンサ。
9. 【請求項９】 前記レンズ系と前記読み取り画像との間
   で前記読み取り画像が伝搬される空間が反射面により偏
   向されることを特徴とする請求項８記載のイメージセン
   サ。
10. 【請求項１０】 光軸に対して対称な形状を有するレン
    ズが前記光軸に対して複数個直列的に配置された構成の
    レンズセットによって画像上の一次元または微小幅を有
    する線状の二次元領域の濃淡分布のパターンを、少くと
    も一次元の光強度分布の検出が可能な機能を有する受光
    素子上に結像させるイメージセンサにおいて、 前記レンズセットを構成するレンズのうち少くとも最大
    径を有するレンズが前記レンズに入射する前記画像上の
    線状領域から発せられた光線が遮断されることのない範
    囲で前記受光素子が検出する光強度分布の一次元ライン
    方向と平行方向に切断された偏平形状を有することを特
    徴とするイメージセンサ。