(57)【要約】      （修正有）【課題】像面に形成されるゴーストを抑制することができる屈折率分布型レンズを用いない接触型イメージセンサーモジュールを提供する。【解決手段】所定の像面にそれぞれ対象物の正立等倍像を結ぶ複数のレンズ面３０ａ，３０ｂが対象物側と像面側とにそれぞれ形成されたレンズ部材と、レンズ部材の対象物側と像面側とにそれぞれ配置され、互いに異なるレンズ面の光軸が通る複数の貫通孔２０１，２１１がそれぞれに形成された遮光部材２０，２１と、を備え、像面側の貫通孔は、貫通孔を通る光軸上に形成された対象物側の貫通孔と光軸を持つ像面側のレンズ面の外周とを通るターゲット光線と、光軸を持つ像面側のレンズ面の外周を通るターゲット光線でないゴースト光線Ｇ１、Ｇ２との交点のうち、レンズ面から最も遠い交点からさらに所定のマージン距離だけレンズ面から離れた位置においてレンズ面側の開口２１１ａを有する。【選択図】図３
2014182325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の像面にそれぞれ対象物の正立等倍像を結ぶ複数のレンズ面が前記対象物側と前記像面側とにそれぞれ形成されたレンズ部材と、
前記レンズ部材の前記対象物側と前記像面側とにそれぞれ配置され、互いに異なる前記レンズ面の光軸が通る複数の貫通孔がそれぞれに形成された遮光部材と、
を備え、
前記像面側の前記貫通孔は、当該貫通孔を通る光軸上に形成された前記対象物側の前記貫通孔と当該光軸を持つ前記像面側のレンズ面の外周とを通るターゲット光線と、当該光軸を持つ前記像面側のレンズ面の外周を通る前記ターゲット光線でないゴースト光線との交点のうち、当該レンズ面から最も遠い交点からさらに所定のマージン距離だけ当該レンズ面から離れた位置において当該レンズ面側の開口を有する、
結像光学装置。
【請求項２】
前記位置における前記ターゲット光線の束の幅を前記レンズ面側の貫通孔の開口の幅とする、
請求項１に記載の結像光学装置。
【請求項３】
前記ゴースト光線は、前記像面側の同一の前記レンズ面を通る前記ターゲット光線が通る前記対象物側の前記貫通孔の隣の前記貫通孔を通った光線を含む、
請求項１または２に記載の結像光学装置。
【請求項４】
前記ゴースト光線は、前記像面側の同一の前記レンズ面を通る前記ターゲット光線が通る前記対象物側の前記貫通孔の内壁面で反射した光線を含む、
請求項１から３のいずれか一項に記載の結像光学装置。
【請求項５】
前記像面側の前記貫通孔の幅は、前記レンズ面側の開口を通った前記ターゲット光線の束よりも前記像面方向に広がっている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の結像光学装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の結像光学装置と、
前記像面を受光面とする撮像素子と、
を備える接触型イメージセンサーモジュール。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか一項に記載の結像光学装置と、
前記像面を受光面とする撮像素子と、
前記結像光学装置に対して原稿を位置決めする位置決め部材と、
を備える画像読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は結像光学装置、接触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。
【背景技術】
【０００２】
従来、セルフォック（登録商標）レンズアレイ等の屈折率分布型レンズを用いない接触型イメージセンサーモジュールが知られている。屈折率分布型レンズを用いない接触型イメージセンサーモジュールでは、レンズ部材と対象物の間と、レンズ部材と像面の間に貫通孔を有する遮光部材が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５７９９５号公報
【特許文献２】特開２０００−２１４３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
屈折率分布型レンズを用いない接触型イメージセンサーモジュールでは、像面に形成されるゴーストの抑制が課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の結像光学装置は、所定の像面にそれぞれ対象物の正立等倍像を結ぶ複数のレンズ面が前記対象物側と前記像面側とにそれぞれ形成されたレンズ部材と、前記レンズ部材の前記対象物側と前記像面側とにそれぞれ配置され、互いに異なる前記レンズ面の光軸が通る複数の貫通孔がそれぞれに形成された遮光部材と、を備え、前記像面側の前記貫通孔は、当該貫通孔を通る光軸上に形成された前記対象物側の前記貫通孔と当該光軸を持つ前記像面側のレンズ面の外周とを通るターゲット光線と、当該光軸を持つ前記像面側のレンズ面の外周を通る前記ターゲット光線でないゴースト光線との交点のうち、当該レンズ面から最も遠い交点からさらに所定のマージン距離だけ当該レンズ面から離れた位置において当該レンズ面側の開口を有する。
【０００６】
本発明によると、ターゲット光線が通るレンズ面を通る光の中に含まれるゴースト光線を遮ることができる位置まで像面側の遮光部材がレンズ面から離れているため、従来に比べてゴーストを著しく抑制することができる。なお、ゴースト光線とは像面まで到達すると像面にゴーストを形成する光線である。
【０００７】
ここで、像面側の貫通孔のレンズ面側の開口の位置は、レンズ部材に近い方が、貫通孔を光軸が通っているレンズ面でないレンズ面を通った光線が貫通孔に入射しにくくなる。しかし本願発明者は、ターゲット光線が通るレンズ面を通る光の中にも、像面にゴーストを形成するゴースト光線が含まれていることを発見した。さらに本願発明者は、ゴースト光線がレンズ面の光軸に対してなす角はターゲット光線がレンズ面の光軸に対してなす角よりも大きいことに着目し、貫通孔のレンズ面側の開口の位置をレンズ部材からある程度離すことでゴーストを抑制できることを発見した。すなわち、像面側の貫通孔のレンズ面側の開口の位置を、ターゲット光線と、貫通孔を光軸が通っている像面側のレンズ面の外周を通るターゲット光線でないゴースト光線との交点のうち、当該レンズ面から最も遠い交点とすることで、ゴーストは抑制できる。そこで、製造公差に応じた所定のマージン距離だけその交点からさらにレンズ面から離れた位置に像面側の貫通孔のレンズ面側の開口の位置が設定される。
【０００８】
また、像面側の貫通孔のレンズ面側の開口の幅は、ターゲット光線を通す範囲でできるだけ狭くすることが好ましいため、開口位置におけるターゲット光線の幅とする。このように対象物側の貫通孔のレンズ面側の開口の位置と幅を設定することにより、ゴーストを抑制することができる。
【０００９】
また、対象物１点からの光を３本のレンズを通って像面に結像するよう設計する場合、３本のレンズのうち真ん中のレンズを通った光は像面側の貫通孔の内壁面には当たりにくいためゴーストは発生しにくい。ところが、真ん中のレンズの両側にあるレンズを通った光はレンズ−像面間距離に対するレンズピッチで決まる角度で貫通孔を通過する。このため、像面側の貫通孔の内壁面に当たってしまい光量が低下する場合がある。したがって、像面側の貫通孔の内壁面には、この角度の光が当たらないようなテーパーを設けることが好ましい。すなわち、像面側の貫通孔の幅は、レンズ面側の開口を通ったターゲット光線の束よりも像面方向に広がっていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態にかかる断面図。
【図２】本発明の実施形態にかかる平面図。
【図３】本発明の実施形態にかかる光線図。
【図４】図３の部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
１．画像読み取り装置
本発明の位置実施例としての画像読み取り装置１の要部を図１に示す。この画像読み取り装置１は、結像光学装置２とリニアイメージセンサー４０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１０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。
【００１３】
位置決め部材としてのプラテンガラス１０は、対象物としての原稿９を結像光学装置２に対して位置決めするための透明な平板ガラスである。撮像素子としてのリニアイメージセンサー４０は、プラテンガラス１０と平行でプラテンガラス１０に対向する受光面４０ａを有する。対象物の像面となる受光面４０ａには図示しない多数の光電変換素子が直線的に配列されている。光電変換素子の配列方向が主走査方向となり、これに直交する方向が副走査方向となる。結像光学装置２は、対象物側の第一遮光部材２０、レンズ部材３０および像面側の第二遮光部材２１を備える。結像光学装置２は、リニアイメージセンサー４０の受光面４０ａに正立等倍像を結ぶようにプラテンガラス１０とリニアイメージセンサー４０との間に配置されている。
【００１４】
レンズ部材３０は、対向する２つの端面のそれぞれに多数のレンズ面３０ａ、３０ｂが直線的に配列されている透明樹脂部材である。レンズ部材３０の対象物側の端面と像面側の端面とは同一形状である。すなわち、レンズ部材３０の対象物側のレンズ面３０ａと、レンズ部材３０の像面側のレンズ面３０ｂ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３０ａ、３０ｂの配置も同一である。
【００１５】
レンズ部材３０の両側に配置される第一遮光部材２０と第二遮光部材２１とは射出成形により製造される不透明樹脂からなる板状部材である。第一遮光部材２０は、レンズ部材３０とプラテンガラス１０の間に、リニアイメージセンサー４０の受光面４０ａと平行に配置される。第二遮光部材２１は、レンズ部材３０とリニアイメージセンサー４０の間に、リニアイメージセンサー４０の受光面４０ａと平行に配置される。遮光部材２０、２１にはそれぞれ多数の貫通孔２０１、２１１が直線的に配列されている。貫通孔２０１、２１１には、それぞれ異なるレンズ面３０ａ、３０ｂの光軸が通っている。
【００１６】
２．結像光学装置の詳細
図２(a)は、レンズ面３０ａ、３０ｂの光軸方向から見たレンズ面３０ａ、３０ｂの輪郭を示している。また、図２(b)は、第一遮光部材２０と第二遮光部材２１の光軸方向から見た貫通孔２０１、２１１の輪郭を示している。貫通孔２０１、２１１の配列方向および配列間隔はレンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向および配列間隔と一致している。貫通孔２０１、２１１の配列方向とレンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向は、主走査方向に一致する。
【００１７】
レンズ面３０ａ、３０ｂは、レンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向に垂直な平面で両端部を切り取られ両隣のレンズ面３０ａ、３０ｂとその平面において互いに交わる球面で構成されている。したがって、隣り合うレンズ面の円周が互いに接する構成に比べると、レンズ部材３０の端面に大きなレンズ面３０ａ、３０ｂを密に配置することができる。これにより受光面４０ａの放射照度を高めることができるとともに照度斑を低減できる。
【００１８】
貫通孔２０１、２１１は光軸に直交する断面がレンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向に短い長方形である。角がＲ加工がされていれば、樹脂成型しやすい。そして貫通孔２０１、２１１の内壁面のそれぞれは平面で構成されているが、曲面でもよい。またこれら内壁面は光吸収機能を持たせる必要から、部材としては光吸収部材を用いることが望ましく、具体的には黒色の樹脂などが好ましい。また、内壁面の表面には細かな凹凸が付いている事も好ましい。レンズ面３０ａ、３０ｂの幅は、貫通孔２０１、２１１の開口と同様に、レンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向に狭く、その配列方向に直交する方向で広い。このように貫通孔２０１、２１１の開口形状がレンズ面３０ａ、３０ｂの形状に対応しているため、対象物側の貫通孔２０１から放射される光束を効率よくレンズ面３０ａに入射させることができ、また、レンズ面３０ｂから放射される光束を効率よく像面側の貫通孔２１１に入射させることができる。これにより受光面４０ａの放射照度を高めることができる。
【００１９】
光軸方向におけるレンズ部材３０に対する遮光部材２０、２１の位置を図３、図４に示す。レンズ部材３０からプラテンガラスの表面１０ａまでの距離ｄ７と、レンズ部材３０からリニアイメージセンサーの受光面４０ａまでの距離ｄ８は、光学距離としては同じである。プラテンガラスの屈折率をｎp、厚みをｄｐとすれば、ｄ７は物理距離的にはｄｐ(ｎｐ−１)だけ長くなる。従って、物理距離としてはｄ７＝ｄ８＋ｄｐ（ｎｐ−１）となるが、ここでは理解を容易にするために無視している。第一遮光部材２０、レンズ部材３０および第二遮光部材２１は、一点鎖線で示すように、第一遮光部材２０の貫通孔２０ａの中心軸と、第二遮光部材２１の貫通孔２１ａの中心軸と、レンズ面３０ａの光軸と、レンズ面３０ｂの光軸とが一致するように配置されている。
【００２０】
第一遮光部材２０とレンズ部材３０の距離が短いほどレンズ面３０ａにゴースト光が入射しにくくなる。したがって、第一遮光部材２０とレンズ部材３０との距離ｄ９は、できる限り小さく設定する。なお、射出成形によって形成することにより第一遮光部材２０の製造コストを低減でき、また、像面側の開口が狭いほどゴースト光が入射しにくいため、像面側の開口を狭くするのが好ましいが、ターゲット光線を遮らないようにターゲット光線の束の広がりに応じて貫通孔２０１はプラテンガラス９からレンズ部材３０に向かう方向に広がっていることが好ましい。
【００２１】
第二遮光部材２１もレンズ部材３０に近い方が、第二遮光部材２１の貫通孔２１１を光軸が通っているレンズ面３０ｂ０でないレンズ面３０ｂを通ったゴースト光が貫通孔２１１に入射しにくくなる。しかし、貫通孔２１１を光軸が通っているレンズ面３０ｂ０を通る光線の中にも、点線及び二点鎖線で示すゴースト光線Ｇ１、Ｇ２が含まれ得る。このため、第二遮光部材２１をレンズ部材３０に近づけすぎると、このようなゴースト光線Ｇ１、Ｇ２が貫通孔２１１に入射してしまう。
【００２２】
ターゲット光線が通るレンズ面３０ｂ０から出射するゴースト光線がレンズ面３０ｂ０の一点鎖線で示す光軸となす角は、ターゲット光線がレンズ面３０ｂ０の一点鎖線で示す光軸となす角よりも大きい。したがってゴースト光線はレンズ面３０ｂ０からある程度離れるとターゲット光線の束の外側に出る。そこでゴースト光線が貫通孔２１１に入射することを防ぐには、レンズ面３０ｂ０の外周を通るターゲット光線とゴースト光線との交点のうちレンズ面３０ｂ０から最も遠い交点まで、レンズ面３０ｂ０から貫通孔２１１の開口２１１ａを離せばよい。ゴースト光線がレンズ面３０ｂ０通る点が光軸から遠いほど、ゴースト光線とレンズ面３０ｂ０の外周を通るターゲット光線との交点がレンズ面３０ｂ０から遠くなる。
【００２３】
ゴースト光は、図３、図４の点線が示すように、像面側の一のレンズ面３０ｂ０を通るターゲット光線が通る対象物側の貫通孔２１１の隣の貫通孔２１１を通った光線Ｇ１を含み得る。またゴースト光は、図３の二点鎖線が示すように、像面側の一のレンズ面３０ｂ０を通るターゲット光線が通る対象物側の貫通孔２０１の内壁面で反射した光線Ｇ２を含み得る。
【００２４】
本実施例では、図３、図４に示すように、ターゲット光線が通る対象物側の貫通孔２０１の内壁面で反射したゴースト光線Ｇ２よりも、その隣の貫通孔２０１を通ったゴースト光線Ｇ１の方がレンズ面３０ｂの光軸とのなす角が小さくなる。したがって図４に示すようにゴースト光線Ｇ１とレンズ面３０ｂ０の外周を通るターゲット光線との交点Ｑは、ゴースト光線Ｇ２とレンズ面３０ｂ０の外周を通るターゲット光線との交点Ｐよりも、レンズ面３０ｂから遠くなる。なお、ターゲット光線が通る対象物側の貫通孔２０１の内壁面で反射したゴースト光線Ｇ２と、その隣の貫通孔２０１を通ったゴースト光線Ｇ１とで、どちらの方がレンズ面３０ｂ０の外周を通るターゲット光線との交点がレンズ面３０ｂから遠くなるかは、貫通孔２０１の配列間隔やその内壁面の傾斜角等によって決まる。
【００２５】
そして、対象物側の貫通孔２０１の内壁面形状によっては、レンズ部材３０の対象物側において、ターゲット光線が通る貫通孔２０１でも、その隣の貫通孔２０１でもない貫通孔２０１を通り、像面側においてターゲット光線が通る貫通孔２１１に入射するゴースト光線Ｇ３をもゴースト光は含み得るが、そのようなゴースト光線Ｇ３は貫通孔２０１、２１１の内壁面で複数回反射する角度で貫通孔２０１、２１１に進入する。貫通孔２０１、２１１の内壁面は光を吸収する部材であるため複数回反射することで大きく減衰し、実質的には、像面にゴーストを形成しない。
【００２６】
そこで本実施例では、孔軸が一致している２つの貫通孔２０１、２１１と、像面側のレンズ面の外周とを通るターゲット光線と、そのターゲット光線が通る対象物側の貫通孔２０１の内壁面で反射してレンズ面３０ｂ０の外周を通るゴースト光線との交点と、その隣の貫通孔２０１とレンズ面３０ｂ０の外周を通るゴースト光線とそのターゲット光線との交点のうち、レンズ面３０ｂ０から最も遠い交点Ｑに像面側の貫通孔２１１の開口２１１ａの位置を設定する。なお、実際には公差を勘案したマージン距離分だけ交点Ｑよりもレンズ面３０ｂ０から離れた位置に開口２１１ａの位置を設定することになる。
【００２７】
また、ターゲット光線が通るレンズ面３０ｂ０の隣のレンズ面３０ｂ１を通ったゴースト光線が貫通孔２１１に入射しないようにするため、開口２１１ａの幅はターゲット光線の束の全体が貫通孔２１１に入射できる最も狭い幅か、もしくは、公差を勘案したマージン分だけその幅よりもわずかに広い幅に設定する。これにより、ターゲット光線が通るレンズ面３０ｂ１の隣のレンズ面３０ｂ０を通ったゴースト光線Ｇ２を、第二遮光部材２１の端面の点Ｒにおいて遮ることが可能になる。
【００２８】
また、対象物側の貫通孔２１１の内壁面は、すくなくとも、貫通孔２１１の開口２１１ａから入射したターゲット光線と交わらない形状に設定すればよい。すなわち、対象物側の貫通孔２１１の内壁面とレンズ面３０ｂの光軸とがなす角度をθ、レンズ面３０ｂの配列間隔をｄ５、レンズ面３０ｂから像面４０ａまでの距離をｄ８とすると、tanθ＞ｄ５／ｄ８を満たすように設定すればよい。なお、貫通孔２１１は、像面側に向かって狭まっていてもよいし、広がっていてもよいし、ストレート孔でもよい。ただし、ストレート孔は射出成形を困難にするし、原稿面１点からの光を複数のレンズで集光する場合に貫通孔２１１の内壁面へのターゲット光の入射が起こりにくい。例えば、原稿面１点からの光を最大３つのレンズで集光するように設計する場合（図４の光線Ｇ４参照）、レンズ―受光面距離ｄ１０、レンズピッチｄ５、後アパーチャ内壁テーパー角度θ２とすれば、tanθ２＞ｄ５/ｄ１０とすればよい。一方、貫通孔２１１の像面側の開口２１１ｂが広すぎる場合には、第二遮光部材２１を成形できなくなるため、tanθ＞ｄ５／ｄ８を満たし、かつ、第二遮光部材２１を成形できる範囲でθを大きく設定して像面側に向かって貫通孔２１１を広げればよい。
【００２９】
以上の条件を満たす設定寸法の一例は次の通りである。
プラテンガラスの厚さｄ１：2.8ｍｍ
プラテンガラスの屈折率：1.52
第一遮光部材の厚さｄ２：0.66ｍｍ
第二遮光部材の厚さｄ３：0.5ｍｍ
レンズ部材の厚さｄ４：2.68ｍｍ
レンズ面の配列間隔ｄ５：0.35ｍｍ
レンズ部材の屈折率：1.53
レンズ面の直径：0.588ｍｍ
レンズ面の曲率半径：0.4ｍｍ（非球面係数は省略）
原稿面から像面までの距離ｄ６：10.81ｍｍ
原稿面からレンズ部材までの距離ｄ７：4.46ｍｍ
レンズ部材から像面までの距離ｄ８：3.45ｍｍ
レンズ部材から第一遮光部材までの距離ｄ９：0ｍｍ
レンズ部材から第二遮光部材までの距離ｄ１０：0.82ｍｍ
像面側の貫通孔の対象物側の開口寸法 (第２遮光部材２１)：0.3ｍｍ×0.15ｍｍ
像面側の貫通孔の像面側の開口寸法(同上)：1.1ｍｍ×0.161ｍｍ
【００３０】
以上説明した実施例によると、ターゲット光線が通るレンズ面を通る光の中に含まれるゴースト光線を遮ることができる位置まで像面側の遮光部材がレンズ面から離れているため、従来に比べてゴーストを著しく抑制することができる。
【００３１】
３．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施例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。
【００３２】
例えば、貫通孔２１１、２１１の副走査方向の幅を像面に向かって広げてもよい。これにより、ターゲット光線の原点から副走査方向にずれた点を原点とするゴースト光線が貫通孔２１１、２１１の内壁面で反射してリニアイメージセンサー４０の受光面４０ａに入射することを抑制できる。また、tanθ＞ｄ５／ｄ８を満たす範囲で、第一遮光部材２０と第二遮光部材２１の形状を一致させて製造コストを低減してもよい。また、遮光部材に２列以上の貫通孔を形成しても良い。
【００３３】
むろん、レンズ部材、遮光部材、プラテン等の材質は例示であって、プラテンは樹脂で形成しても良いし、レンズ部材をガラスで形成しても良いし、遮光部材を金属で形成しても良い。また、レンズ面は、非球面で構成しても良いし、レンズ部材の端面のそれぞれにおいて２列以上に配置しても良い。また遮光部材に形成する貫通孔の光軸に直交する断面形状は、正方形でも、円形でも、他のいかなる形状であってもよい。
また、画像読取装置としては、単機能のスキャナ装置、複合機のスキャナ装置、ファクシミリの読取装置、複写機の読取装置などがあげられる。
【符号の説明】
【００３４】
１…画像読み取り装置、２…結像光学装置、９…原稿、１０…プラテンガラス、２０…第一遮光部材、２０ａ…貫通孔、２１…第二遮光部材、２１ａ…貫通孔、３０…レンズ部材、３０ａ…レンズ面、３０ｂ…レンズ面、４０…リニアイメージセンサー、４０ａ…像面、２０１…貫通孔、２１１…貫通孔、２１１ａ…開口、２１１ｂ…開口、Ｇ１…ゴースト光線、Ｇ２…ゴースト光線、Ｇ３…ゴースト光線
【図１】
2014182325.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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