TWI528100B

TWI528100B - 原稿照明裝置、密著型影像感測器模組及圖像讀取裝置

Info

Publication number: TWI528100B
Application number: TW102146244A
Authority: TW
Inventors: 小林英和
Original assignee: 精工愛普生股份有限公司
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2016-04-01
Also published as: JP2014120971A; US8917429B2; JP6107116B2; US20140168724A1; CN103873729A; TW201430480A

Description

原稿照明裝置、密著型影像感測器模組及圖像讀取裝置

本發明係關於一種原稿照明裝置、密著型影像感測器模組及圖像讀取裝置。

[相關申請案]

2012年12月18申請之日本專利申請案第2012-275403號之全部揭示以引用之方式併入本文。

先前，於影像掃描儀、傳真機等圖像讀取裝置中，多使用密著型影像感測器模組。於密著型影像感測器模組中，將具有原稿之讀取寬度以上之寬度之影像感測器鄰近原稿而配置，將用以結成正立等倍像之成像光學裝置配置於原稿與影像感測器之間。於該成像光學裝置中，一般使用排列多個折射率分佈型透鏡而成之透鏡陣列。

近年來，進行有如下嘗試，即，欲藉由組合形成有多個曲面透鏡之透鏡構件與形成有與各個曲面透鏡相對應之多個貫通孔之遮光構件而使用來代替折射率分佈型透鏡，而降低成像光學裝置之製造成本(例如參照專利文獻1)。一般而言，此種形成有曲面透鏡之透鏡構件比折射率分佈型透鏡厚數倍(透鏡直徑變大)。

於在圖像讀取裝置中使用密著型影像感測器模組之情形時，將原稿照明裝置配置於距透鏡構件極近之位置，而對透鏡之光軸與原稿面相交之區域進行照明。此種原稿照明裝置包括於透鏡陣列之排列方向上較長之棒狀之導光構件、及鄰近配置於導光構件之長邊方向端面之光源。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2000-214305號公報

然而，形成有曲面透鏡之透鏡構件比折射率分佈型透鏡厚數倍，故而透鏡之光軸與導光構件之距離變遠，其結果，存在原稿之讀取區域變暗之問題。

本發明之目的之一在於提高原稿照明裝置之讀取區域中之放射照度。

(1)用以達成上述目的之原稿照明裝置包括：導光構件，其形成有於長邊方向上延伸之底面、於上述長邊方向上延伸且相對於上述底面朝短邊方向傾斜之射出面、及於上述長邊方向上延伸且連接上述底面與上述射出面之間之側面；散射構件，其與上述底面及上述側面相對向而設置，而使自上述底面與上述側面射出之光散射；及光源，其與上述導光構件之上述長邊方向之端面相對向而設置。

根據本發明，自光源入射至導光構件之光一旦自導光構件之底面與側面射出便由散射構件散射，而入射至射出面。由於射出面於短邊方向上並不與底面平行，故而藉由散射構件而散射之光之主成分於射出面於導光構件之短邊方向上折射。藉此，導光構件於特定之條件下，可使光之主成分射出至與導光構件之底面所朝向之方向、即垂直於其底面之方向相比「較遠之區域」。

此處，使用圖1對「較遠之區域」進行說明。於在與導光構件之底面p₁垂直之方向上前進之任意光束之與射出面p₂之交點b，自導光體射出至空氣中之光依據斯奈爾定律(Snell's law)，因導光構件之折射率(例如設為1.5)與空氣之折射率差，而朝射出面側傾斜地射出。因此，若規定以交點b為頂點、具有光束ab之任意長度之延長線段即邊bc、及長度等於邊bc且與光束ab經折射後之光束平行之線段即邊bd之等腰三角形bcd、以及通過頂點d且與邊bc相交之平面p₃，則bd>be。即，於以此種平面p₃作為原稿面時，於與導光構件之底面p₁垂直之方向上前進之任意光束與射出面p₂平行於底面p₁之情形時相比，照射更遠離與射出面p₂之交點b之區域。因此，於在此種條件下將本發明之原稿照明裝置相對於原稿面而定位之情形時，可不降低放射照度而將原稿照明裝置配置於更遠離目標之原稿區域之位置。又，於導光構件之厚度T為相同之條件下，與射出面p₂平行於底面p₁之情形時相比，可增大射出面p₂之面積，故而本發明可提高光利用效率。即，根據本發明，於必須將原稿照明裝置配置於遠離讀取區域之條件下，可提高讀取區域中之放射照度。

(2)於用以達成上述目的之原稿照明裝置中，亦可為，上述側面具有突部，且上述散射構件設置於較上述突部更靠上述底面側。

若採用該構成，則可抑制光自散射構件與導光構件之間隙漏出。藉此，可藉由原稿照明裝置均勻地對讀取區域進行照明。

(3)用以達成上述目的之原稿照明裝置之上述射出面，係以該射出面之垂線與自該射出面射出之光所成之角度大於該射出面之垂線與朝向該射出面之光所成之角度之方式使光折射。

(4)用以達成上述目的之密著型影像感測器模組包括：線性影像感測器，其受光面於上述導光構件之長邊方向上延伸；上述原稿照明裝置；及透鏡構件，其沿上述原稿照明裝置而設置，其光軸與上述原稿照明裝置之底面之垂線相交，且於上述線性影像感測器之受光面結成正立等倍像。

根據本發明，可使藉由上述原稿照明裝置而照明之原稿成像於線性影像感測器。而且，即便原稿照明裝置與透鏡構件之光軸之距離拉開，亦可將較明亮之原稿像結成於線性影像感測器。

(5)於讀取已由稿台玻璃(platen glass)等定位構件定位之原稿之情形時，定位構件係以垂直於透鏡構件之光軸之姿勢設置於密著型影像感測器模組與原稿之間。若自導光構件之射出面射出之光於定位構件與射出面反覆進行反射，則會於線性影像感測器之受光面形成重像。一般而言，透鏡構件之光軸被定位成垂直於原稿面。假設透鏡構件之光軸與導光構件之射出面垂直，則原稿面與射出面成為平行。

因此，於用以達成上述目的之密著型影像感測器模組中，亦可為，上述射出面非相對於上述透鏡構件之光軸垂直。

於採用該構成之情形時，可抑制於定位構件與射出面之多重反射，故而可抑制形成於線性影像感測器之受光面之重像。

(6)於用以達成上述目的之密著型影像感測器模組中，亦可為，上述射出面朝向上述透鏡構件之光軸之方向。

若假定圖1所示之平面p₃與射出面p₂平行，則所謂射出面朝向透鏡構件之光軸之方向之狀態係指射出面p₂較圖示之姿勢更靠左上方之狀態。若將導光構件定位成該狀態或將射出面p₂設定為該狀態，則與將導光構件定位成射出面p₂朝向透鏡構件之光軸df之方向之狀態(圖1之狀態)之情形時相比，可抑制重像，並且對更遠之區域進行照明。

(7)於用以達成上述目的之密著型影像感測器模組中，亦可為，上述射出面使自該射出面射出之光折射至上述透鏡構件之光軸側。

(8)用以達成上述目的之圖像讀取裝置包括上述密著型影像感測器模組、及將原稿相對於上述原稿照明裝置及上述透鏡構件而定位之定位構件。

根據本發明，可明亮地讀取原稿。

(9)用以達成上述目的之圖像讀取裝置具有載置原稿之透光性之載置構件，且上述載置構件與上述底面所成之角度大於上述載置構件與上述射出面所成之角度。

1‧‧‧原稿照明裝置

10‧‧‧導光構件

10a‧‧‧底面

10b‧‧‧射出面

10c‧‧‧側面

10d‧‧‧側面

11‧‧‧突部

12‧‧‧突部

13‧‧‧散射構件

15‧‧‧光源

20‧‧‧成像光學裝置

21‧‧‧透鏡構件

21a‧‧‧透鏡面

21b‧‧‧透鏡面

22‧‧‧定位構件

30‧‧‧散射構件

30a‧‧‧散射面

40‧‧‧稿台玻璃

50‧‧‧線性影像感測器

50a‧‧‧受光面

100‧‧‧圖像讀取裝置

200‧‧‧圖像讀取裝置

300‧‧‧圖像讀取裝置

AB‧‧‧光束

ab‧‧‧光束

b‧‧‧交點

bc‧‧‧邊

bd‧‧‧邊

C‧‧‧點

D‧‧‧原稿區域

d₁‧‧‧厚度

d₂‧‧‧距離

d₃‧‧‧距離

d₄‧‧‧距離

d₅‧‧‧距離

df‧‧‧光軸

H‧‧‧高度

p₁‧‧‧底面

p₂‧‧‧射出面

p₃‧‧‧平面

T‧‧‧厚度

t‧‧‧厚度

θ₁‧‧‧入射角

θ₂‧‧‧折射角

θ₃‧‧‧傾斜角

θ₄‧‧‧傾斜角

圖1係用以說明本發明之原理之光路圖。

圖2A係本發明之實施形態之剖面圖。圖2B係本發明之實施形態之俯視圖。

圖3係本發明之實施形態之光路圖。

圖4係本發明之實施形態之剖面圖。

圖5係本發明之實施形態之剖面圖。

圖6係本發明之實施形態之線圖。

圖7係本發明之實施形態之線圖。

圖8係本發明之實施形態之影像圖。

圖9係本發明之實施形態之影像圖。

以下，一面參照隨附圖式，一面對本發明之實施形態進行說明。再者，對在各圖中相對應之構成要素標註相同符號，並省略重複說明。

1.第一實施例

將本發明之圖像讀取裝置之第一實施例之構成示於圖2。圖2A相當於圖2B所示之2A-2A線之剖面圖。該圖像讀取裝置100包括包含原稿照明裝置1及成像光學裝置20及線性影像感測器50之接觸型影像感測器模組、稿台玻璃40、未圖示之類比數位轉換器、副掃描機構、以及控制部等。接觸型影像感測器模組係本發明之密著型影像感測器模組之一例。

作為定位構件之稿台玻璃40係用以將作為對象物之未圖示之原稿相對於成像光學裝置20定位之透明之平板之構件。

線性影像感測器50、成像光學裝置20及原稿照明裝置1之相對位置關係係藉由與稿台玻璃40平行地移動之未圖示之不透明殼體而固定。成像光學裝置20係以於線性影像感測器50之受光面50a結成正立等倍像之方式設置於稿台玻璃40與線性影像感測器50之間。

作為攝像元件之線性影像感測器50具有與稿台玻璃40平行且與稿台玻璃40相對向之受光面50a。於受光面50a於主掃描方向上排列有未圖示之多個光電轉換元件。

成像光學裝置20包括透鏡構件21及未圖示之遮光構件。透鏡構件21係於對向之2個端面之各者直線地排列有多個透鏡面21a、21b之透明玻璃構件。透鏡定位構件22係以透鏡面21a、21b之光軸相對於稿台玻璃40垂直之姿勢固定透鏡構件21與遮光構件。透鏡構件21之稿台玻璃40側之端面與線性影像感測器50側之端面為相同形狀。即，透鏡構件21之稿台玻璃40側之透鏡面21a與透鏡構件21之線性影像感測器50側之透鏡面21b具有相同形狀，各個端面中之透鏡面21a、21b之配置亦相同。於遮光構件形成有供透鏡面21a、21b之光軸通過之複數個孔，且上述複數個孔排列於主掃描方向上。

原稿照明裝置1鄰近成像光學裝置20而設置。原稿照明裝置1包括導光構件10、散射構件13及光源15。

導光構件10係主掃描方向較長之棒狀之包含丙烯酸系樹脂(PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯))之透明之構件。作為導光構件10之素材，可使用COP(Cyclo Olefin Polymer，環烯烴聚合物)、COC(Cyclo Olefin Copolymer，環烯烴共聚物)等丙烯酸系樹脂以外之樹脂，亦可使用玻璃。導光構件10之於長邊方向上延伸之面中之與稿台玻璃40鄰近而對向之平坦面為射出面10b。射出面10b之背面側之平坦面為底面10a。於射出面10b與底面10a之間之兩側形成有側面10c、10d。

導光構件10之底面10a以其垂線於稿台玻璃40側與透鏡構件21之光軸相交之朝向傾斜。即，導光構件10係以如下姿勢相對於透鏡構件21而定位，即，以使自底面10a垂直地朝射出面10b前進之光接近透鏡構件21之光軸之方式而傾斜。底面10a與稿台玻璃40所成之角θ₄係根據自透鏡構件21之光軸至導光構件10之距離、導光構件10之折射率、或射出面10b之傾斜角θ₃而決定最佳之角度，但θ₄越大，越可照明於與稿台玻璃40平行之方向上距導光構件10越遠之原稿區域。於本實施例中，針對厚度t=4mm之成像光學裝置20設為θ₄=50°。

導光構件10之射出面10b並不與底面10a平行。而且，射出面10b相對於稿台玻璃40與底面10a朝相同方向傾斜。即，射出面10b於靠近透鏡構件21之光軸之邊遠離稿台玻璃40，於遠離透鏡構件21之光軸之邊靠近稿台玻璃40。射出面10b與稿台玻璃40所成之角θ₃係根據自透鏡構件21之光軸至導光構件10之距離、導光構件10之折射率、或底面10a之傾斜角θ₄而決定最佳之角度，但較佳為設為0°<θ₃<θ₄。若θ₃接近0°，即射出面10b與稿台玻璃40接近於平行，則易於在射出面10b與稿台玻璃40產生多重反射。藉由設為θ₃≧10°，可有效地抑制此種多重反射。另一方面，底面10a與射出面10b所成之角(θ₄-θ₃)越大，越可擴大射出面10b，又，藉由利用射出面10b之折射效果，可照明於與稿台玻璃40平行之方向上遠離導光構件10之原稿區域。於本實施例中，設為θ₃=20°。

於導光構件10之側面10d形成有突部12。又，側面10d於射出面10b側以接近側面10c之方式於中間部彎折。而且，側面10d之射出面10b側之平坦部於至突部12之區域密著於成像光學裝置20之定位構件22。藉此，可使導光構件10之射出面10b接近透鏡構件21之光軸。

導光構件10之側面10c於射出面10b側以接近側面10d之方式於中間部彎折。於側面10c之射出面10b側之緣形成有突部11。該突部11鄰接於未圖示之殼體。

於導光構件10之底面10a構築有光散射構造，該光散射構造係用以使入射光自光源15對長邊方向均勻地分配反射。例如設為如下構造，即，利用白色塗料印刷光源15之光入射之側較小、隨著變遠而變大之圖案，或於底面10a配置拱形狀之槽使其間距隨著遠離光源15之光入射之側而減小，或將間距設為相同且使拱形狀之槽之凹陷量隨著遠離光源15之光入射之側而增大等。此種印刷圖案或槽之間距較理想為1~3mm。若為大於其之間距，則照明狀態產生不均勻，若為小於其之間距，則會變得難以形成圖案。除此處所示之白色圖案或槽之形狀以外，只要為表示同樣之效果之形狀，亦可應用。導光構件10之側面10c與10d成為朝向光射出側平穩地折曲之面，故而可效率良好地將於底面10a散射之光導向光射出面10b。

散射構件30係具有較高之反射率之散射面30a之片狀之構件，且配置於未圖示之殼體與導光構件10之間。散射構件30位於散射面30a稍微離開導光構件10之側面10c、底面10a、側面10d並與之對向之位置，且自導光構件10之側面10c經由底面10a迴繞至側面10d。而且，散射面30a與導光構件10之側面10c之間隙之稿台玻璃40側之端部由突部11封閉。藉此，可防止光自導光構件10之側面10c與散射構件30之間隙朝稿台玻璃40漏出。又，散射面30a與導光構件10之側面10d之間隙之稿台玻璃40側之端部由突部12封閉。藉此，可防止光自導光構件10之側面10d與定位構件22之間隙朝稿台玻璃40漏出。又，並非導光構件10之側面10d之全部均由散射構件30覆蓋，故而可使導光構件10密著於定位構件22而接近透鏡構件21之光軸。

又，散射面30a與導光構件10之側面10c平行地彎曲，故而從自導光構件10之側面10c之彎折部至突部11之區域射出之光之主成分於散射面30a散射，藉此，朝向接近導光構件10之底面10a之方向再入射至導光構件10之側面10c。又，由於散射面30a與導光構件10之側面10d平行地彎曲，故而從自導光構件10之側面10d之彎折部至突部12之區域射出之光之主成分於散射面30a散射，藉此，朝向接近導光構件10之底面10a之方向再入射至導光構件10之側面10d。

如圖2B所示，光源15與導光構件10之主掃描方向之端部即長邊方向之端部相對向。光源15具備朝導光構件10之長邊方向之端部放射光之LED(Light Emitting Diode，發光二極體)。

自光源15放射之光入射至導光構件10之長邊方向之一端部並朝向導光構件10之另一端部前進。入射至導光構件10之底面10a之光藉由白色圖案或槽構造而朝向光出射面10b反射散射。

如圖3所示，自底面10a入射至導光構件10之光之主成分於與底面10a於垂直之方向上前進，且於射出面10b折射而朝向稿台玻璃40。由於導光構件10之絕對折射率大於空氣之絕對折射率，故而射出面10b中之折射角θ₂變得大於入射角θ₁。因此，相對於導光構件10之底面10a垂直之光束AB於較其延長線與稿台玻璃40之底面相交之點更靠近透鏡構件21之光軸DE之點C入射至稿台玻璃40。即，與射出面10b相對於底面10a平行之情形時相比，自導光構件10之射出面10b放射之光之主成分照明在與稿台玻璃40平行之方向上更遠離導光構件10之原稿區域D。就與透鏡構件21之光軸DE之關係而言，與射出面10b相對於底面10a平行之情形時相比，自導光構件10之射出面10b放射之光之主成分照明在更靠近光軸DE之原稿區域D。

2.第二實施例

圖4係表示本發明之第二實施例之圖像讀取裝置200。第二實施例僅於如下方面與第一實施例不同：導光構件10之射出面10b平行於稿台玻璃40，於導光構件10之透鏡構件21側之側面10d並未形成阻塞導光構件10與散射構件30之間隙之突部。

3.比較例與實施例之比較

圖5係表示作為比較例之圖像讀取裝置300。比較例僅於如下方面與第一實施例不同：導光構件10之射出面10b平行於底面10a，於導光構件10之側面10c、10d之任一者均未形成阻塞導光構件10與散射構件30之間隙之突部。

以下，針對比較例與實施例使用Light Tools(註冊商標)模擬透鏡構件21之光軸與原稿面相交之區域中之放射照度，基於其結果來說明實施例之效果。用於模擬之設定值如下(關於表示尺寸之符號，參照圖2、圖4、圖5)。

導光構件10之厚度T：2mm

導光構件10之高度H：4mm

導光構件10之絕對折射率：1.52

稿台玻璃40之厚度d₁：2.8mm

稿台玻璃40之絕對折射率：1.52

自導光構件10至稿台玻璃40之第一實施例之距離d₃：0.66mm

自導光構件10至稿台玻璃40之第二實施例之距離d₄：0.66mm

自導光構件10至稿台玻璃40之比較例之距離d₅：0.66mm

圖6係比較例之模擬結果，圖7係第二實施例之模擬結果。於圖6、圖7中，實線係以橫軸作為主掃描方向之位移而表示透鏡構件之光軸上之各位置之放射照度，單點鏈線係以橫軸作為副掃描方向之位移而表示主掃描方向之中央位置中之放射照度。

如圖6所示，於比較例中，於主掃描方向端部區域，放射照度明顯變高。其原因在於：由於在導光構件10之側面10c、10d不存在突部，故而自光源15放射之光之一部分不入射至導光構件10，而通過導光構件10與散射構件30之間隙到達至原稿面。與此相對，如圖7所示，於第二實施例中，於主掃描方向之全域可獲得大致均勻之放射照度，放射照度與比較例相比變高。若比較自光源15放射之光之利用效率，則比較例為7.4%，與此相對，第二實施例為17%。該等差異之原因在於：於第二實施例中，於導光構件10之側面10c形成有突部11，故而光不會自導光構件10之側面10c與散射構件30之間隙漏出。再者，可知，於第二實施例中，於導光構件10之側面10d並未形成突部，但只要導光構件10之側面10d與散射構件30之間隙由定位構件22阻塞，便可如此般於主掃描方向之全域獲得大致均勻之放射照度。

又，如圖6所示，於比較例中，主掃描方向之中央中之放射照度低於副掃描方向中之放射照度之最大值。其原因在於：為了使靠近導光構件10之原稿區域較透鏡構件21之光軸上之原稿區域更明亮地被照明，而使透鏡構件21之光軸上之原稿區域變暗。與此相對，如圖7所示，於第二實施例中，主掃描方向之中央中之放射照度等於副掃描方向中之放射照度之最大值。由此可知，藉由使射出面10b相對於導光構件10之底面10a傾斜，與比較例相比，可對更遠離導光構件10之原稿區域進行照射。

其次，對將原稿置於稿台玻璃40之上表面，使原稿成像於包含線性影像感測器50之受光面之平面之模擬結果進行說明。於原稿面，以黑色為背景形成有於主掃描方向上延伸之白色線段。圖8係將第二實施例之模擬結果作為二維圖像而輸出之影像，圖9係將第一實施例之模擬結果作為二維圖像而輸出之影像。如圖8所示，於第二實施例中，因導光構件10之射出面10b與稿台玻璃40平行，故而產生重像。與此相對，如圖9所示，於第一實施例中重像得以抑制。由此可知，若不使導光構件10之射出面10b與稿台玻璃40平行，則可抑制因於射出面10b與稿台玻璃40之多重反射而引起之重像。

4.其他實施形態

再者，本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態，當然可於不脫離本發明之主旨之範圍內施加各種變更。例如，上述實施形態中所示之材質或尺寸僅為例示，關於業者自明之構成要素之追加或削除或替換，省略說明。

具體而言，例如，亦可使用折射率分佈型透鏡陣列作為成像光學裝置20。又，亦可使用LED以外者作為光源15。又，導光構件10之側面10c、10d可分別由單一之平坦面構成，亦可由曲面構成。於導光構件10之側面10c、10d分別由單一之平坦面構成之情形時，側面10c、10d可相互平行，亦可設為越靠近射出面10b越相互接近。又，導光構件10之厚度T可於長邊方向上為固定，亦可設為離光源15越遠變得越薄，亦可設為離光源15越遠變得越厚。又，亦可利用散射構件30覆蓋導光構件10之透鏡構件21側之整個側面10d。