TWI553347B - 成像光學元件、成像光學陣列及圖像讀取裝置 - Google Patents

Description

成像光學元件、成像光學陣列及圖像讀取裝置

本發明係關於一種形成物體之正立像之成像光學元件及成像光學陣列、以及使用上述成像光學元件來讀取物體之圖像之圖像讀取裝置。

2011年1月21日申請之日本專利申請案第2011-010591號第2010-010592號、第2011-010593號、第2011-010746號及第2010-010747號的全文以引用的方式明確併入本文中。

於影像掃描儀、傳真機、影印機、金融終端裝置等中，接觸式影像感測器(Contact Image Sensor)模組(以下簡稱為「CIS模組」)係作為圖像讀取裝置而使用。該CIS模組包括向讀取對象物照射光之光源部、使讀取對象物之正立等倍像成像之成像光學部、及讀取由成像光學部結像之正立等倍像之光學感測器，且成像光學部與光學感測器之配置關係為固定化。此成為使光學感測器之配設自由度降低之主要原因之一。因此，例如專利文獻1所記載，提出有：於屋脊稜鏡陣列之成像側配置反射構件，將成像側光軸彎折，藉此可配設光學感測器之位置範圍會大幅擴大。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2000-66134號公報

然而，於屋脊稜鏡陣列中，係採用正交配置物體側透鏡面與成像側透鏡面並且以相對於包含2個透鏡之光軸之平面形成45°之方式配置稜線之構造，因此無法避免成像光學部之複雜化。又，為了良好地獲得讀取對象物之正立像，必須高精度地定位稜線之位置並且高精度地調整其與反射構件之相對位置關係。

本發明之若干態樣之目的在於提供一種構成簡單且無需高精度之位置對準之技術。

[適用例1]

本適用例之成像光學元件之特徵在於：具有供自物體出射之光線入射之第1透鏡面之入射部、具有出射光線之第2透鏡面之出射部、及有角度地連結上述入射部與上述出射部之彎曲部係由透明介質而一體成形，上述彎曲部具有使入射至上述第1透鏡面之入射光線反射並向上述第2透鏡面導光之反射面，於上述入射部、上述彎曲部及上述出射部之任一者上形成上述物體之中間像，並且使上述中間像成像而將上述物體之正立像形成於上述第2透鏡面之出射側。

根據此種構成，成像光學元件其具有第1透鏡面之入射部與具有第2透鏡面之出射部係以有角度地藉由彎曲部連結之方式，利用透明介質而一體成形。又，於彎曲部上設置有反射面，經由第1透鏡面入射至透鏡之光線藉由彎曲部之反射面而反射並向第2透鏡面導光。如此，入射光線 一面於成像光學元件內彎折一面前進至成像光學元件內。而且，入射光線於入射部、彎曲部及出射部之任一者上形成中間像，並且藉由第2透鏡面使該中間像成像而形成物體之正立像。

從而，成像光學元件其入射部、出射部及包含反射面之彎曲部一體成形，故而當將此種成像光學元件組入至裝置等中時，無需分別將入射部、出射部及彎曲部之相對位置對準，無需成像光學元件之高度之位置對準，因此可簡單地構成成像光學元件。

[適用例2]

於上述適用例之成像光學元件中，較佳為於上述彎曲部之外周面上配置反射膜而形成上述反射面。

根據此種構成，於與入射部及出射部一體成形之彎曲部之外周部配置反射膜，故而可精度良好地形成入射部、反射膜及出射部之相對位置關係。

[適用例3]

於上述適用例之成像光學元件中，較佳為上述彎曲部之外周面具有平面形狀，並且上述第1透鏡面與上述第2透鏡面具有相互對稱之面形狀，等倍地使上述物體之正立像成像。

根據此種構成，藉由具有對稱之面形狀可精度良好地形成正立等倍像。

[適用例4]

於上述適用例之成像光學元件中，較佳為上述彎曲部之 外周面具有曲面形狀。

根據此種構成，反射面變為曲面且具有倍率，故而可有助於成像光學元件之小型化及成像性能之提高。

[適用例5]

本適用例之成像光學陣列之特徵在於一體化地排列有複數個上述記載之成像光學元件。

根據此種構成，成像光學元件其具有第1透鏡面之入射部與具有第2透鏡面之出射部係以有角度地藉由彎曲部連結之方式，利用透明介質而一體成形。又，於彎曲部上設置有反射面，經由第1透鏡面入射至透鏡之光線藉由彎曲部之反射面而反射並向第2透鏡面導光。如此，入射光線一面於成像光學元件內彎折一面前進至成像光學元件內。 而且，入射光線於入射部、彎曲部及出射部之任一者上形成中間像，並且藉由第2透鏡面使該中間像成像而形成物體之正立像。

從而，成像光學元件其入射部、出射部及包含反射面之彎曲部一體成形，故而當將此種成像光學元件組入至成像光學陣列中時，無需分別將入射部、出射部及彎曲部之相對位置對準，無需成像光學元件之高度之位置對準，因此可簡單地構成成像光學元件，並且因自入射部到達出射部之光程內不存在空氣故可不降低光之利用效率、容易且高效地形成藉由成像光學系統而形成之物體之正立像。

[適用例6]

於上述適用例之成像光學陣列中，亦可將上述複數個透 鏡一體成形而形成速鏡陣列，上述複數個反射膜一體化地設置於上述複數個彎曲部之外周面上。

[適用例7]

於上述適用例之成像光學陣列中，較佳為上述第1透鏡面及上述第2透鏡面中至少一者具有於排列上述成像光學元件之排列方向及與上述排列方向正交之正交方向上不同之面形狀。

根據此種構成，藉由使曲率於排列方向及正交方向上相異可容易地謀求MTF(Modulation Transfer Function，調製傳遞函數)之改善，可獲得高精度之成像性能。

[適用例8]

本適用例之圖像讀取裝置之特徵在於包括：向物體照射光之光源部、上述記載之成像光學元件、及讀取藉由上述成像光學元件而成像之正立像之讀取部。

根據此種構成，成像光學元件其具有第1透鏡面之入射部與具有第2透鏡面之出射部係以有角度地藉由彎曲部連結之方式，利用透明介質而一體成形。又，於彎曲部上設置有反射面，經由第1透鏡面入射至透鏡之光線藉由彎曲部之反射面而反射並向第2透鏡面導光。如此，入射光線一面於成像光學元件內彎折一面前進至成像光學元件內。而且，入射光線於入射部、彎曲部及出射部之任一者上形成中間像，並且藉由第2透鏡面使該中間像成像而形成物體之正立像。

從而，成像光學元件其入射部、出射部及包含反射面之 彎曲部一體成形，故而當將此種成像光學元件組入至圖像讀取裝置中時，無需分別將入射部、出射部及彎曲部之相對位置對準，無需成像光學元件之高度之位置對準，因此可簡單地構成成像光學元件，並且因自入射部到達出射部之光程內不存在空氣故可不降低光之利用效率、容易且高效地形成藉由成像光學系統而形成之物體之正立像。

[適用例9]

上述適用例之成像光學元件之特徵在於上述反射面係全反射光之全反射面。

根據此種構成，自入射部到達出射部之光程內不存在空氣故而可抑制光之利用效率之降低。

[適用例10]

上述適用例之成像光學元件較佳為上述全反射面具有平面形狀，並且上述第1透鏡面與上述第2透鏡面具有相互對稱之面形狀，等倍地使上述物體之正立像成像。

根據此種構成，藉由具有對稱之面形狀可精度良好地形成正立等倍像。

[適用例11]

上述適用例之成像光學元件較佳為上述全反射面具有曲面形狀。

根據此種構成，反射面變為曲面且具有倍率，故而可有助於成像光學元件之小型化及成像性能之提高。

[適用例12]

上述適用例之成像光學陣列之特徵在於一體化地排列有 複數個上述記載之成像光學元件。

根據此種構成，成像光學元件其具有第1透鏡面之入射部與具有第2透鏡面之出射部係以有角度地藉由彎曲部連結之方式，利用透明介質而一體成形。又，於彎曲部上設置有反射面，經由第1透鏡面入射至透鏡之光線藉由彎曲部之反射面而反射並向第2透鏡面導光。如此，入射光線一面於成像光學元件內彎折一面前進至成像光學元件內。而且，入射光線於入射部、彎曲部及出射部之任一者上形成中間像，並且藉由第2透鏡面使該中間像成像而形成物體之正立像。

從而，成像光學元件其入射部、出射部及包含反射面之彎曲部一體成形，故而當將此種成像光學元件組入至成像光學陣列中時，無需分別將入射部、出射部及彎曲部之相對位置對準，無需成像光學元件之高度之位置對準，因此可簡單地構成成像光學元件，並且因自入射部到達出射部之光程內不存在空氣故可不降低光之利用效率、容易且高效地形成藉由成像光學系統而形成之物體之正立像。

[適用例13]

上述適用例之成像光學陣列較佳為上述入射側透鏡面及上述第2透鏡面中至少一者具有於排列上述成像光學元件之排列方向及與上述排列方向正交之正交方向上不同之面形狀。

根據此種構成，藉由使曲率於排列方向及正交方向上相異可容易地謀求MTF之改善，可獲得高精度之成像性能。

[適用例14]

上述適用例之圖像讀取裝置之特徵在於包括：向物體照射光之光源部、上述記載之成像光學元件、及讀取藉由上述成像光學元件而成像之正立像之讀取部。

根據此種構成，成像光學元件其具有第1透鏡面之入射部與具有第2透鏡面之出射部係以有角度地藉由彎曲部連結之方式，利用透明介質而一體成形。又，於彎曲部上設置有反射面，經由第1透鏡面入射至透鏡之光線藉由彎曲部之反射面而反射並向第2透鏡面導光。如此，入射光線一面於成像光學元件內彎折一面前進至成像光學元件內。 而且，入射光線於入射部、彎曲部及出射部之任一者上形成中間像，並且藉由第2透鏡面使該中間像成像而形成物體之正立像。

從而，成像光學元件其入射部、出射部及包含反射面之彎曲部一體成形，故而當將此種成像光學元件組入至圖像讀取裝置中時，無需分別將入射部、出射部及彎曲部之相對位置對準，無需成像光學元件之高度之位置對準，因此可簡單地構成成像光學元件，並且因自入射部到達出射部之光程內不存在空氣故可不降低光之利用效率、容易且高效地形成藉由成像光學系統而形成之物體之正立像。

[適用例15]

上述適用例之成像光學元件較佳為上述物體之中間像之形成位置為上述反射面與上述第2透鏡面之間。

根據此種構成，於第1透鏡面與中間像之間藉由反射面 將入射光線彎折，故而可使成像光學元件於自物體朝向第1透鏡面之方向上薄型化。例如，可藉由反射面將入射光線大致成直角地彎折，即，使入射部與出射部相互大致正交地配置，從而可實現成像光學元件之薄型化。

[適用例16]

上述適用例之成像光學元件較佳為於上述彎曲部之外周面上配置反射膜而形成上述反射面。

根據此種構成，藉由於反射面形成反射膜，可獲得較高的反射效率，故而可減少反射時所產生之光量之損耗。

[適用例17]

上述適用例之成像光學元件較佳為使上述入射光線全反射之全反射面作為上述反射面而形成於上述彎曲部。

根據此種構成，於反射面上利用全反射，故而可減少光量之損耗。

[適用例18]

上述適用例之成像光學元件較佳為上述反射面具有平面形狀，並且上述第1透鏡面與上述第2透鏡面具有相互對稱之面形狀，等倍地使上述物體之正立像成像。

根據此種構成，藉由具有對稱之面形狀可精度良好地形成正立等倍像。

[適用例19]

上述適用例之成像光學元件較佳為上述反射面具有曲面形狀。

根據此種構成，反射面具有曲面形狀且具有倍率，故而 可有助於成像光學元件之小型化及成像性能之提高。

[適用例20]

上述適用例之成像光學陣列之特徵在於一體化地排列有複數個如技術方案15所記載之成像光學元件。

根據此種構成，成像光學元件其具有第1透鏡面之入射部與具有第2透鏡面之出射部係以有角度地藉由彎曲部連結之方式，利用透明介質而一體成形。又，於彎曲部上設置有反射面，經由第1透鏡面入射至透鏡之光線藉由彎曲部之反射面而反射並向第2透鏡面導光。如此，入射光線一面於成像光學元件內彎折一面前進至成像光學元件內。而且，入射光線於入射部、彎曲部及出射部之任一者上形成中間像，並且藉由第2透鏡面使該中間像成像而形成物體之正立像。

從而，成像光學元件其入射部、出射部及包含反射面之彎曲部一體成形，故而當將此種成像光學元件組入至成像光學陣列中時，無需分別將入射部、出射部及彎曲部之相對位置對準，無需成像光學元件之高度之位置對準，因此可簡單地構成成像光學元件，並且因自入射部到達出射部之光程內不存在空氣故可不降低光之利用效率、容易且高效地形成藉由成像光學系統而形成之物體之正立像。

[適用例21]

上述適用例之成像光學陣列較佳為上述第1透鏡面及上述第2透鏡面中至少一者具有於排列上述成像光學元件之排列方向及與上述排列方向正交之正交方向上不同之面形 狀。

根據此種構成，藉由使曲率於排列方向及正交方向上相異可容易地謀求MTF之改善，可獲得高精度之成像性能。

[適用例22]

上述適用例之圖像讀取裝置之特徵在於包括：向物體照射光之光源部、如技術方案15所記載之成像光學元件、及讀取藉由上述成像光學元件而成像之正立像之讀取部。

根據此種構成，成像光學元件其具有第1透鏡面之入射部與具有第2透鏡面之出射部係以有角度地藉由彎曲部連結之方式，利用透明介質而一體成形。又，於彎曲部上設置有反射面，經由第1透鏡面入射至透鏡之光線藉由彎曲部之反射面而反射並向第2透鏡面導光。如此，入射光線一面於成像光學元件內彎折一面前進至成像光學元件內。而且，入射光線於入射部、彎曲部及出射部之任一者上形成中間像，並且藉由第2透鏡面使該中間像成像而形成物體之正立像。

從而，成像光學元件其入射部、出射部及包含反射面之彎曲部一體成形，故而當將此種成像光學元件組入至圖像讀取裝置中時，無需分別將入射部、出射部及彎曲部之相對位置對準，無需成像光學元件之高度之位置對準，因此可簡單地構成成像光學元件，並且因自入射部到達出射部之光程內不存在空氣故可不降低光之利用效率、容易且高效地形成藉由成像光學系統而形成之物體之正立像。

以下表示本發明之實施例，但本發明原本並非由下述實施例而受到制限者，當然亦可於符合上下文之主旨之範圍內適當地添加變更而實施，其等均包含於本發明之技術範圍內。

圖1係表示本發明之圖像讀取裝置之第1實施形態即CIS模組的部分剖面立體圖。又，圖2係表示圖1之CIS模組中之入射側光圈構件、透鏡陣列及出射側光圈構件之立體圖。該CIS模組1係以載置於原稿玻璃GL上之原稿OB作為讀取對象物而讀取印刷於原稿OB上之圖像的裝置，配置於原稿玻璃GL之正下方。CIS模組1具有自X方向上之原稿OB之讀取範圍長長地延伸之長方體狀之框架2，於該框架2內配置有光源部3、入射側光圈構件4、透鏡陣列5、出射側光圈構件6、感測器7及印刷電路基板8。

藉由於該框架2內配置隔板21，而框架2之內部空間劃分成用以配置光源部3之上方空間、位於上方空間之下方之下方空間、及相對於上方空間及下方空間鄰接之垂直空間。該等之中下方空間與垂直空間連通，於包含相對於X方向正交之Y方向與上下方向Z之剖面(以下稱作「副掃描剖面」)上形成為具有大致L字形狀之連通空間。於該空間內配置入射側光圈構件4、透鏡陣列5、出射側光圈構件6及感測器7。

光源部3以安裝於印刷電路基板8上之省略圖示之LED(Light Emitting Diode，發光二極體)作為光源，將自該LED出射之照明光供給至導光管31之一端。該導光管31於 隔板21之上表面具有與讀取範圍大致相同之長度，且係沿著X方向而設置。若來自LED之照明光入射至導光管31之一端，則該照明光朝向導光管31之另一端在導光管31中傳播。又，於導光管31之X方向各部分中，如此傳播之照明光之一部分自導光管31之前端部32(光出射面)朝向原稿玻璃GL出射並照射至原稿玻璃GL上之原稿OB上。如此，沿X方向延伸之帶狀照明光照射至原稿OB上，且由原稿OB反射。

於該照明光之照射位置之正下方位置上，設置有上述垂直空間，於其上端部配置有入射側光圈構件4。該入射側光圈構件4具有與讀取範圍大致相同之長度，且係沿著X方向而設置。於該入射側光圈構件4上，沿X方向一行地配設有複數個貫通孔41，分別作為相對於設置在透鏡陣列5中之複數個入射側透鏡面S1之入射側光圈而發揮功能。再者，於圖2中，複數個入射側光圈41中僅面前側一個圖示出光圈整體，對於其他僅圖示出入射側光圈41之上方開口。就該點而言，對於下文所說明之出射側光圈61亦同樣。

該透鏡陣列5於副掃描剖面(YZ平面)上具有大致L字形狀。進而，該透鏡陣列5具有與讀取範圍大致相同之長度，且係沿著X方向而設置，形成為透鏡陣列5整體可正好插入至連通空間。更詳細而言，如圖2所示，透鏡陣列5包括沿上下方向Z設置之入射部51、沿水平方向設置之出射部53、及使入射部51與出射部53相互具有角度例如大致正 交地連結之彎曲部(連結部)52，藉由對照明光具有透光性之樹脂或玻璃等透明介質而一體成形。

於入射部51之上表面，以如圖2所示與入射側光圈41一對一地對應之方式，於X方向上以與光圈41相同之間距且一行地配設有入射側透鏡面S1。由原稿OB反射之光線中通過各入射側光圈41之光線入射至與其對應之入射側透鏡面S1，一面藉由入射側透鏡面S1進行聚光一面自入射部51前進至連結部52。

於該連結部52之外周面上形成有反射膜54。藉由該反射膜54之形成，反射面S2僅以與讀取範圍大致相同之長度沿X方向構成於連結部52上，反射入射至入射側透鏡面S1之入射光線並向出射部53之出射側透鏡面S3導光。作為反射膜54，可採用自先前以來眾所周知者，例如金屬蒸鍍膜等。再者，於本實施形態中，如圖1及圖2所示，沿著由入射側透鏡面S1、反射面S2及出射側透鏡面S3構成之成像光學系統之光軸之入射部51之長度大幅短於出射部53之長度，入射光線由反射膜54反射之後，於出射部53內聚光而形成原稿OB之中間像。

於該出射部53之反連結部側之端面上，出射側透鏡面S3以與入射側透鏡面S1相同之個數且相同之間距沿X方向一行地配設。又，於出射部53之反連結部側(圖1及圖2中之右手側)，出射側光圈構件6以由透鏡陣列5與感測器7夾持之方式配置於下方空間內，即導光管31之正下方位置。該出射側光圈構件6亦與入射側光圈構件4同樣地，具有與讀 取範圍大致相同之長度，且係沿著X方向而設置，並且沿X方向一行地配設有複數個貫通孔61，分別作為相對於出射側透鏡面S3之出射側光圈而發揮功能。因此，該等出射側透鏡面S3將各者對應之中間像於感測器7之感測面71(參照圖6)上成像而形成原稿OB之正立像。

如圖1所示，感測器7安裝於搭載有LED之印刷電路基板8上，讀取原稿OB之正立像，並輸出與該正立像相關之信號。

如上所述，於第1實施形態中，具有第1透鏡面S1之入射部51與具有第2透鏡面S3之出射部53係以有角度地藉由連結部52連結之方式，利用透明介質而一體成形。又，於連結部52上設置有反射面S2，經由第1透鏡面S1入射之光線藉由該反射面S2而反射並向第2透鏡面S3導光，於反射面S2與第2透鏡面S3之間聚光而形成物體之中間像。藉由第2透鏡面S3使該中間像成像而於感測面71上形成原稿OB之正立像。從而，可抑制光損耗地形成明亮之正立像。

又，構成為於由入射側透鏡面S1、反射面S2及出射側透鏡面S3構成之成像光學系統之光軸上，較反射面S2更靠近出射側透鏡面側地形成中間像。即，入射光線較中間像之形成位置(圖6之符號IMP)更多於入射側透鏡面側藉由反射面S2而彎曲。其結果，可於自原稿OB朝向第1透鏡面S1之方向，即上下方向Z上謀求透鏡陣列5之薄型化。

又，與使用屋脊稜鏡之專利文獻1所記載之成像光學元件相比而言構造簡單，且可亦不要求相對於該成像光學元 件中所必需之稜線或反射構件之高度之位置對準地使正立像成像。

又，蒸鍍有反射膜54且設置有反射面S2之連結部52與入射部51及出射部53一體化地形成，故而可高精度地設定入射透鏡面S1、反射面S2及出射側透鏡面S3之相對位置關係。又，零件個數少，組裝性亦優越。

又，於本實施形態中，將沿著成像光學系統之光軸之入射部51之長度設定為大幅短於出射部53之長度，故而可使CIS模組1於上下方向Z上薄型化，其結果，可謀求裝備該CIS模組1之影像掃描儀、傳真機、影印機等模組搭載裝置之小型化。

於以此方式構成之實施形態中，感測器7相當於本發明之「讀取部」。又，入射側透鏡面S1、反射面S2及出射側透鏡面S3分別相當於本發明之「第1透鏡面」、「反射面」及「第2透鏡面」。該等之中透鏡面S1、S3之面形狀為任意，但較理想的是為以具有於排列方向X及與其正交之正交方向Y上不同之面形狀之方式構成。其目的在於：謀求MTF之改善並提高成像性能。就該點而言，如以下所說明形成為曲面之反射面S2之情形亦同樣。

又，反射面S2係形成於連結部52之外周面上，故而當將連結部52之外周面精加工成平面形狀之情形時，反射面S2成為平面。另一方面，當將連結部52之外周面精加工成曲面形狀之情形時，反射面S2成為曲面(凹面)，並具有倍率。關於反射面S2之形狀，並不特別限定，可使用平面及 曲面之任一者，根據反射面S2為平面抑或曲面亦可如圖5所示設定入射側透鏡面S1及出射側透鏡面S3。

圖3係表示本發明之圖像讀取裝置之第2實施形態之CIS模組的部分剖面立體圖。又，圖4係表示圖3之CIS模組中之入射側光圈構件、透鏡陣列5及出射側光圈構件之立體圖。該CIS模組1係以載置於原稿玻璃GL上之原稿OB作為讀取對象物而讀取印刷於原稿OB上之圖像的裝置，配置於原稿玻璃GL之正下方。CIS模組1具有自X方向上之原稿OB之讀取範圍長長地延伸之長方體狀之框架2，於該框架2內配置有光源部3、入射側光圈構件4、透鏡陣列5、出射側光圈構件6、感測器7及印刷電路基板8A、8B。

藉由於該框架2內配置隔板21，而框架2之內部空間劃分成用以配置光源部3之上方空間、位於上方空間之下方之下方空間、及相對於上方空間及下方空間鄰接之垂直空間。該等之中下方空間形成為隨著自垂直空間側(圖3中之左手側)向反垂直空間側(圖3中之右手側)前進即Y方向而向下方傾斜。又，該下方空間與垂直空間連通，於包含相對於X方向正交之Y方向與上下方向Z之剖面(以下稱作「副掃描剖面」)上形成為具有大致倒字形狀(使銳角成為鈍角所得之L字形狀)之連通空間，並配置入射側光圈構件4、透鏡陣列5、出射側光圈構件6、感測器7及印刷電路基板8B。

光源部3以安裝於印刷電路基板8A上之省略圖示之LED作為光源，將自該LED出射之照明光供給至導光管31之一 端。該導光管31於隔板21之上表面具有與讀取範圍大致相同之長度，且係沿著X方向而設置。而且，若來自LED之照明光入射至導光管31之一端，則該照明光朝向導光管31之另一端在導光管31中傳播。又，於導光管31之X方向各部分中，如此傳播之照明光之一部分自導光管31之前端部32朝向原稿玻璃GL出射並照射至原稿玻璃GL上之原稿OB。如此，沿X方向延伸之帶狀照明光照射至原稿OB上，且由原稿OB反射。

於該照明光之照射位置之正下方位置上，設置有上述垂直空間，於其上端部配置有入射側光圈構件4。該入射側光圈構件4具有與讀取範圍大致相同之長度，且係沿著X方向而設置。於該入射側光圈構件4上，沿X方向一行地配設有複數個貫通孔41，分別作為相對於設置在透鏡陣列5中之複數個入射側透鏡面S1之入射側光圈而發揮功能。再者，於圖4中，複數個入射側光圈41中僅面前側一個圖示出光圈整體，對於其他僅圖示出入射側光圈41之上方開口。就該點而言，對於下文所說明之出射側光圈61亦同樣。

該透鏡陣列5於副掃描剖面(YZ平面)上具有大致倒字形狀(使銳角成為鈍角所得之L字形狀)，並且具有與讀取範圍大致相同之長度且係沿著X方向而設置，形成為透鏡陣列5整體可正好插入至連通空間。更詳細而言，如圖4所示，透鏡陣列5包括沿上下方向Z設置之入射部51、沿水平方向設置之出射部53、及使出射部53相對於入射部51傾斜 而連結之連結部52，藉由對照明光具有透光性之樹脂或玻璃等透明介質而一體成形。更詳細而言，如圖4所示，與入射部51沿上下方向Z而設置相對地，出射部53以隨著自入射部51之下端部側向Y方向前進而向下方下降之方式傾斜。以此方式構成之理由係為了使入射光由連結部52全反射，對此下文會詳細敍述。

於入射部51之上表面，以如圖4所示與入射側光圈41一對一地對應之方式，於X方向上以與光圈41相同之間距且一行地配設有入射側透鏡面S1。因此，由原稿OB反射之光線中通過各入射側光圈41之光線入射至與其對應之入射側透鏡面S1，一面藉由入射側透鏡面S1進行聚光一面自入射部51前進至連結部52。

該連結部52以出射部53相對於入射部51傾斜之方式連結，入射部51側之光軸與出射側透鏡面S3側之光軸所形成之角度超過90°。並且，連結部52之外周面之各部分係以經由入射部51向該部分導光之光線之入射角θ變成臨界角以上之方式設計，其結果，入射光線之全部由連結部52之外周面全反射。因此，可入射至入射側透鏡面S1之入射光線不自連結部52射出地一面抑制由於由連結部52之反射而造成之光量減少一面向出射部53之出射側透鏡面S3導光。如此，連結部52之外周面成為全反射面S2。

此處，若僅係藉由連結部52反射入射光線並向出射部53之出射側透鏡面S3導光，則亦可於連結部52之外周面上設置反射膜。然而，於該情形時，入射光線一旦自連結部52 之外周面射出則會由反射膜之表面反射，故而與無法避免光損耗相對地，可藉由使其全反射而抑制光損耗。又，可以無需反射膜之程度地謀求透鏡陣列5之低成本化等，故而較佳。

再者，於本實施形態中，如圖3及圖4所示，沿著由入射側透鏡面S1、反射面S2及出射側透鏡面S3構成之成像光學系統之光軸之入射部51之長度大幅短於出射部53之長度，入射光線由連結部52之外周面全反射之後，於出射部53內聚光而使原稿OB之中間像成像。

於該出射部53之反連結部側(圖3及圖4中之右手側)之端面上，出射側透鏡面S3以與入射側透鏡面S1相同之個數且相同之間距沿X方向一行地配設。

又，於出射部53之反連結部側，出射側光圈構件6以由透鏡陣列5與感測器7夾持之方式配置於下方空間內，即導光管31之正下方位置。該出射側光圈構件6亦與入射側光圈構件4同樣地，具有與讀取範圍大致相同之長度，且係沿著X方向而設置，並且沿X方向一行地配設有複數個貫通孔61，分別作為相對於出射側透鏡面S3之出射側光圈而發揮功能。因此，該等出射側透鏡面S3將各者對應之中間像於感測器7之感測面71(參照圖4)上成像而形成原稿OB之正立像。

如圖3所示，感測器7安裝於與搭載有LED之印刷電路基板8A不同之另一印刷電路基板8B上，讀取原稿OB之正立像，並輸出與該正立像相關之信號。

如上所述，於第2實施形態中，亦與第1實施形態同樣地，於連結入射部51與出射部53之連結部52上設置有全反射面S2，入射光線藉由該全反射面S2向第2透鏡面S3導光，於全反射面S2與第2透鏡面S3之間聚光而形成物體之中間像，進而藉由第2透鏡面S3於感測面71上成像而形成原稿OB之正立像。從而，可抑制光損耗地形成明亮之正立像。又，使入射光線由連結部52之全反射面S2反射，故而與第1實施形態相比而言可進而抑制光損耗，可獲得更加明亮之正立像。

另外，上述第1實施形態及第2實施形態中之透鏡面S1、S3之面形狀為任意，但較理想的是為以於排列方向X及與其正交之正交方向Y上具有不同之面形狀之方式構成。其目的在於：謀求MTF之改善提高成像性能。就該點而言，如以下所說明形成為曲面之第1實施形態中之反射面S2及第2實施形態中之全反射面S2之情形亦同樣。再者，以下，將第1實施形態中之反射面S2及第2實施形態中之全反射面S2僅統稱為「反射面S2」，但於要區別兩者之情形時，分別稱作「膜形成之反射面S2」及「全反射面S2」。

又，反射面S2形成於連結部52之外周面上，故而若將連結部52之外周面精加工成平面形狀則反射面S2成為平面，另一方面若精加工成曲面形狀則反射面S2成為曲面(凹面)，並具有倍率。關於反射面S2之形狀，並不特別限定，可使用平面及曲面之任一者，根據反射面S2為平面抑或曲面亦可如圖5所示設定入射側透鏡面S1及出射側透鏡 面S3。

圖5係表示透鏡面與反射面之組合之圖。如該圖中之變形1所示，若於將反射面S2設定為平面之情形時，可將入射側透鏡面S1及出射側透鏡面S3均設定為非球面，形成為大致相同形狀(其中，對稱配置兩透鏡面)，則可獲得正立等倍像。又，因反射面S2為平面，故可排除由於反射面S2而造成之解像度之降低。

又，如該圖中之變形2所示，亦可將入射側透鏡面S1及出射側透鏡面S3均設定為自由曲面。所謂該「自由曲面」係指具有無法以單純之計算式定義之形狀之曲面。於該情形時，因反射面S2為平面，故與變形1同樣地可排除由於反射面S2而造成之解像度之降低，進而藉由將透鏡面S1、S3設定為自由曲面，與變形1相比而言可一面抑制像差等一面形成正立等倍像。

又，如該圖中之變形3至變形5所示，亦可以凹面構成反射面S2，於該情形時，反射面S2具有倍率，可實現透鏡陣列5之小型化。又，對於獲得明亮之正立像方面而言變得有利。然而，若將反射面S2設定為曲面，則有招致解像度降低之虞。因此，於變形3中，藉由將透鏡面S1、S3設定為自由曲面而謀求解像度之改善。

又，於變形4中，儘管將透鏡面S1、S3設定為非球面，但藉由將反射面S2設定為自由曲面有改善解像度之降低。又，藉由設定為自由曲面可抑制反射面S2中之色像差之產生，故而設計自由度高，且與變形3相比而言可抑制解像 度之降低及色像差。

進而，於變形5中，將透鏡面S1、S3及反射面S2全部設定為自由曲面，故而於圖5所示之實施形態中，設計自由度最高，且可使解像度最佳。

再者，本發明並不限定於上述實施形態，只要不脫離本主旨即可進行上述以外之各種變更。例如，於上述第1實施形態中，將包含複數個透鏡面S1之入射部51、連結部52及包含複數個透鏡面S3之出射部53一體化地成型之後，藉由將1個反射膜54設置於連結部52之外周面上而製造透鏡陣列5，但透鏡陣列5之製造方法並不限定於此，亦可以例如以下方式構成。即，將包含1個透鏡面S1之入射部51、連結部52及包含1個透鏡面S3之出射部53一體化地成型之後，藉由將1個反射膜54一體化地設置於複數個連結部52之外周面上而構成「膜形成之反射面S2」亦可構成透鏡陣列5。

又，於上述第1實施形態中，使複數個成像光學元件於X方向上一體化，上述成像光學元件包括使包含1個透鏡面S1之入射部、連結部52及包含1個透鏡面S3之出射部53藉由透明介質而一體化所得之透鏡，以及設置於連結部52之外周面上之反射膜54，但於X方向上排列複數個此種成像光學元件亦可構成透鏡陣列5。

進而，於上述第2實施形態中，使複數個成像光學元件於X方向上一體化，上述成像光學元件係使包含1個透鏡面S1之入射部、包含全反射面S2之連結部52及包含1個透鏡 面S3之出射部53藉由透明介質而一體化所得者，但於X方向上排列複數個此種成像光學元件亦可構成透鏡陣列5。

圖6~圖9係表示圖5中之變形1之一具體例之圖。圖6係表示圖5中之變形1之一具體例之光線圖。又，圖7係表示圖6所示之具體例之透鏡資料之圖。又，圖8係表示定義透鏡面之面形狀之數式之圖。進而，圖9係表示賦予圖6所示之具體例中之圖8之透鏡面的面形狀之資料之圖。

如由該等圖式所判斷：面S1為透鏡陣列5之入射側透鏡面，且精加工成非球面形狀。又，面S2為平面形狀之反射面。進而，面S3為透鏡陣列5之出射側透鏡面，具有與面S1對稱之形狀。

於以此方式構成之實施形態1中，如圖6所示，由原稿OB反射之光線中通過各入射側光圈41(圖2)而入射至入射側透鏡面S1之光線藉由透鏡面S1於反射面S2與透鏡面S31之間，即出射部53內之位置IMP處聚光而形成原稿OB之倒立像作為中間像。而且，自中間像出射之光線藉由透鏡面S3於感測面71聚光大致等倍地形成中間像之倒立像，即原稿OB之正立像。如此，根據變形1之透鏡陣列5，可構成簡單且無需高精度之位置對準地使原稿OB之正立像成像。

圖10~圖12係表示圖5中之變形1之另一具體例之圖。圖10係表示圖5中之變形1之另一具體例之光線圖。又，圖11係表示圖10所示之具體例之透鏡資料之圖。進而，圖12係表示賦予圖10所示之具體例中之圖8的透鏡面之面形狀之 資料之圖。

如由該等圖式所判斷：面S1為透鏡陣列5之入射側透鏡面，且精加工成非球面形狀。又，面S2為平面形狀之全反射面，如圖10之虛線部分所示，以入射至全反射面S2之光線之入射角中最小的入射角θmin大於臨界角θ之方式構成。進而，面S3為透鏡陣列5之出射側透鏡面，具有與面S1對稱之形狀。

於以此方式構成之實施形態1中，如圖10所示，由原稿OB反射之光線中通過各入射側光圈41(圖4)而入射至入射側透鏡面S1之光線藉由透鏡面S1於全反射面S2與透鏡面S31之間，即出射部53內之位置IMP處聚光而形成原稿OB之倒立像作為中間像。而且，自中間像出射之光線藉由透鏡面S3於感測面71聚光而大致等倍地形成中間像之倒立像，即原稿OB之正立像。如此，根據變形1之透鏡陣列5，可構成簡單且無需高精度之位置對準地形成原稿OB之正立像。

再者，於上述實施形態中，由形成於透鏡陣列5之連結部52上之反射面S2或反射膜54反射1次光，但並不限定於此。即，亦可設想於連結部52上反射2次光之樣態。圖13係表示第3實施形態之透鏡陣列，圖14係表示第4實施形態之透鏡陣列。於第3實施形態中連結部52以入射部51與出射部53直行之方式連結，於第4實施形態中連結部52以入射部51與出射部53傾斜之方式連結。

首先，對圖13進行說明。第3實施形態中之連結部52由 沿Z方向延伸之入射部51、自入射部51之下端垂直地彎曲並向右側延伸之左右部55、自左右部55之右端垂直地彎曲並向下側延伸之出射部53構成。即，連結部52具有於自入射部51到達左右部55之第1曲部CV1垂直地彎曲並且於自左右部55到達出射部53之第2曲部CV2垂直地彎曲之形狀。

於入射部51之上表面，與入射側光圈構件4之複數個貫通孔41一對一對應地，於X方向上以特定間距一行地形成有複數個入射側透鏡面S1。又，於連結部52之出射部53之下表面，與複數個入射側透鏡面S1一對一對應地，於X方向上以特定間距一行地形成有複數個出射側透鏡面S3。從而，入射至入射側透鏡面S1之照明光藉由連結部52導引至出射側透鏡面S3。

又，於連結部52上，為了將來自入射側透鏡面S1之入射光導引至出射側透鏡面S2，形成有第1反射膜541及第2反射膜542。第1反射膜541係蒸鍍於自連結部52之入射部51至左右部55彎曲之第1曲部CV1之外周面上之金屬膜，將自入射側透鏡面S1入射之照明光朝向第2曲部CV2反射。又，第2反射膜542係蒸鍍於自連結部52之左右部55至出射部53彎曲之第2曲部CV2之外周面上之金屬膜，將由第1反射膜541反射之照明光朝向出射側透鏡面S2反射。其結果，入射至入射側透鏡面S1之光分別由第1反射膜541及第2反射膜542反射並導引至出射側透鏡面S2。

複數個入射側透鏡面S1、連結部52及複數個出射側透鏡 面S2藉由對照明光具有透光性之樹脂或玻璃等透明介質而一體化地形成。從而，入射至入射側透鏡面S1之照明光自入射側透鏡面S1經由第1反射膜541及第2反射膜542達到出射側透鏡面S2為止，行進至透明介質之內部。

其結果，透過透鏡陣列5之照明光自出射側透鏡面S2出射之後，以正立等倍之倍率成像。再者，透鏡陣列5之形成既可分別個別地形成逐個部分(例如，入射側透鏡面S1、連結部52、出射側透鏡面S2)之後將該等接著而一體化，亦可不個別地形成各部分而一體化地形成透鏡陣列5整體。

又，於出射部53之反連結部側，出射側光圈構件6以由透鏡陣列5與感測器7夾持之方式配置於下方空間內，即導光管31之正下方位置。該出射側光圈構件6亦與入射側光圈構件4同樣地，具有與讀取範圍大致相同之長度，且係沿著X方向而設置，並且沿X方向一行地配設有複數個貫通孔61，分別作為相對於出射側透鏡面S3之出射側光圈而發揮功能。因此，該等出射側透鏡面S3將分別對應之中間像成像於感測器7之感測面71上而形成原稿OB之正立像。

其次，對圖14進行說明。於第4實施形態中，透鏡陣列5之左右部55自入射部51朝向出射部53，向下方若干傾斜地設置。

即，透鏡陣列5之左右部55為了將來自入射側透鏡面S1之入射光導引至出射側透鏡面S2，具有第1反射面S21及第2反射面S22。第1反射面S21形成於自入射部51至左右部55 彎曲之部分之外周壁上。

即，該外周壁之內側界面全反射來自入射側透鏡面S1之照明光，作為第1反射面S21而發揮功能。另一方面，第2反射面S22形成於自左右部55至出射部53彎曲之部分之外周壁上。即，該外周壁之內側界面將由第1反射面S21全反射之照明光朝向出射側透鏡面S2進而全反射，作為第2反射面S22而發揮功能。而且，由第2反射面S22全反射之照明光自出射側透鏡面S2出射。

而且，複數個入射側透鏡面S1、左右部55及複數個出射側透鏡面S2係藉由對照明光具有透光性之樹脂或玻璃等透明介質而一體化地形成。從而，入射至入射側透鏡面S1之照明光自入射側透鏡面S1經由第1反射面S21及第2反射面S22到達出射側透鏡面S2為止，行進至透明介質之內部。

如此透過透鏡陣列5之照明光自出射側透鏡面S2出射之後，以正立等倍之倍率成像。

於上述第3實施形態及第4實施形態中，亦獲得與第1實施形態及第2實施形態同樣之效果。

1‧‧‧CIS模組(圖像讀取裝置)

3‧‧‧光源部

5‧‧‧透鏡陣列

7‧‧‧感測器(讀取部)

51‧‧‧入射部

52‧‧‧連結部

53‧‧‧出射部

54‧‧‧反射膜

55‧‧‧左右部

541‧‧‧第1反射膜

542‧‧‧第2反射膜

OB‧‧‧原稿

S1‧‧‧入射側透鏡面(第1透鏡面)

S2‧‧‧反射面、全反射面

S21‧‧‧第1反射面

S22‧‧‧第2反射面

S3‧‧‧出射側透鏡面(第2透鏡面)

X‧‧‧排列方向

Y‧‧‧正交方向

Z‧‧‧上下方向

圖1係表示本發明之圖像讀取裝置之第1實施形態即CIS模組的部分剖面立體圖。

圖2係表示CIS模組中之入射側光圈構件、透鏡陣列及出射側光圈構件之立體圖。

圖3係表示本發明之圖像讀取裝置之第2實施形態即CIS模組的部分剖面立體圖。

圖4係表示CIS模組中之入射側光圈構件、透鏡陣列及出射側光圈構件之立體圖。

圖5係表示透鏡面與反射面之組合之圖。

圖6係表示變形1之一個具體例之光線圖。

圖7係表示變形1之透鏡資料之圖。

圖8係表示定義透鏡面之面形狀之數式之圖。

圖9係表示賦予變形1中之透鏡面之面形狀之資料的圖。

圖10係表示變形1之另一具體例之光線圖。

圖11係表示另一具體例之透鏡資料之圖。

圖12係表示賦予另一具體例中之透鏡面之面形狀之資料的圖。

圖13係表示本發明之圖像讀取裝置之第3實施形態即透鏡陣列的立體圖。

圖14係表示本發明之圖像讀取裝置之第4實施形態即透鏡陣列的立體圖。

71‧‧‧感測面

IMP‧‧‧中間像之形成位置

OB‧‧‧原稿(物體)

S1‧‧‧入射側透鏡面(第1透鏡面)

S2‧‧‧反射面、全反射面

S3‧‧‧出射側透鏡面(第2透鏡面)

X、Y、Z‧‧‧方向

Claims (22)

1. 一種成像光學元件，其特徵在於：具有使自物體出射之光線入射之第1透鏡面之入射部、具有出射光線之第2透鏡面之出射部、及有角度地連結上述入射部與上述出射部之彎曲部係由透明介質而一體成形，上述彎曲部具有使入射至上述第1透鏡面之入射光線反射並向上述第2透鏡面導光之反射面，於上述入射部、上述彎曲部及上述出射部之任一者上形成上述物體之中間像，並且使上述中間像成像而將上述物體之正立像形成於上述第2透鏡面之出射側，上述物體之中間像之形成位置為上述反射面與上述第2透鏡面之間。
2. 如請求項1之成像光學元件，其中於上述彎曲部之外周面上配置反射膜而形成上述反射面。
3. 如請求項2之成像光學元件，其中上述彎曲部之外周面具有平面形狀，並且上述第1透鏡面與上述第2透鏡面具有相互對稱之面形狀，等倍地使上述物體之正立像成像。
4. 如請求項2之成像光學元件，其中上述彎曲部之外周面具有曲面形狀。
5. 如請求項1之成像光學元件，其中上述反射面係全反射光之全反射面。
6. 如請求項5之成像光學元件，其中上述全反射面具有平面形狀，並且上述第1透鏡面與上述第2透鏡面具有相互 對稱之面形狀，等倍地使上述物體之正立像成像。
7. 如請求項5之成像光學元件，其中上述全反射面具有曲面形狀。
8. 如請求項1之成像光學元件，其中於上述彎曲部之外周面上配置反射膜而形成上述反射面。
9. 如請求項1之成像光學元件，其中使上述入射光線全反射之全反射面作為上述反射面而形成於上述彎曲部。
10. 如請求項1之成像光學元件，其中上述反射面具有平面形狀，並且上述第1透鏡面與上述第2透鏡面具有相互對稱之面形狀，等倍地使上述物體之正立像成像。
11. 如請求項1之成像光學元件，其中上述反射面具有曲面形狀。
12. 一種成像光學陣列，其特徵在於一體化地排列有複數個成像光學元件，前述成像光學元件係具有使自物體出射之光線入射之第1透鏡面之入射部、具有出射光線之第2透鏡面之出射部、及有角度地連結上述入射部與上述出射部之彎曲部係由透明介質而一體成形，上述彎曲部具有使入射至上述第1透鏡面之入射光線反射並向上述第2透鏡面導光之反射面，於上述入射部、上述彎曲部及上述出射部之任一者上形成上述物體之中間像，並且使上述中間像成像而將上述物體之正立像形成於上述第2透鏡面之出射側。
13. 如請求項12之成像光學陣列，其中將上述複數個透鏡一 體成形而形成透鏡陣列，上述複數個反射膜一體化地設置於上述複數個彎曲部之外周面上。
14. 如請求項12之成像光學陣列，其中上述第1透鏡面及上述第2透鏡面中至少一者於排列上述成像光學元件之排列方向及與上述排列方向正交之正交方向上具有不同之面形狀。
15. 如請求項12之成像光學陣列，其係於與上述光軸垂直之方向上一體化地排列有上述成像光學元件。
16. 一種圖像讀取裝置，其特徵在於包括：向物體照射光之光源部、如請求項2之成像光學元件、及讀取藉由上述成像光學元件而成像之正立像之讀取部。
17. 一種成像光學陣列，其特徵在於一體化地排列有複數個如請求項5之成像光學元件。
18. 如請求項17之成像光學陣列，其中上述第1透鏡面及上述第2透鏡面中至少一者於排列上述成像光學元件之排列方向及與上述排列方向正交之正交方向上具有不同之面形狀。
19. 一種圖像讀取裝置，其特徵在於包括：向物體照射光之光源部、如請求項5之成像光學元件、及讀取藉由上述成像光學元件而成像之正立像之讀取 部。
20. 一種成像光學陣列，其特徵在於一體化地排列有複數個如請求項1之成像光學元件。
21. 如請求項20之成像光學陣列，其中上述第1透鏡面及上述第2透鏡面中至少一者於排列上述成像光學元件之排列方向及與上述排列方向正交之正交方向上具有不同之面形狀。
22. 一種圖像讀取裝置，其特徵在於包括：向物體照射光之光源部、如請求項1之成像光學元件、及讀取藉由上述成像光學元件而成像之正立像之讀取部。