(57)【要約】【課題】正立等倍像を結ぶ安価で光学特性の良い結像光学装置を提供する。【解決手段】受光面にそれぞれ正立等倍像を結ぶ複数のレンズ面が形成されたレンズ部材と、前記レンズ部材の対象物側と結像面側とにそれぞれ配置され前記複数のレンズ面の光軸上にそれぞれ貫通孔が形成された遮光部材と、を備え、前記貫通孔の前記光軸に直交する所定方向の幅が前記結像面に接近するほど狭くなっている、結像光学装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面にそれぞれ正立等倍像を結ぶ複数のレンズ面が形成されたレンズ部材と、
前記レンズ部材の対象物側と結像面側とにそれぞれ配置され前記複数のレンズ面の光軸上にそれぞれ貫通孔が形成された遮光部材と、
を備え、
前記貫通孔の前記光軸に直交する所定方向の幅が前記結像面に接近するほど狭くなっている、
結像光学装置。
【請求項２】
前記レンズ部材と前記対象物側の遮光部材との距離は、前記レンズ部材と前記結像面側の遮光部材との距離と等しい、
請求項１に記載の結像光学装置。
【請求項３】
前記複数のレンズ面のそれぞれは、前記配列方向に垂直な平面で両端部を切り取られ両隣の前記レンズ面と前記平面において互いに交わる曲面で構成され、
前記貫通孔の開口は前記複数のレンズ面の配列方向に平行な短辺を有する長方形である、
請求項１または２に記載の結像光学装置。
【請求項４】
前記対象物側の遮光部材と前記結像面側の遮光部材とは同一形状である、
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】
請求項１から４のいずれか一項に記載の結像光学装置と、
前記結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６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の結像光学装置と、
前記結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、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
遮光部材に形成する貫通孔は、光学的には、レンズの光軸方向において幅が一定のストレート孔にすることが理想的である。しかしながら、射出成形によって遮光部材を安価に製造しようとすると、ストレート孔では離型性が悪くなる。特許文献１に記載された遮光部材は、レンズ部材の対象物側とセンサー側のそれぞれに配置され、それぞれの遮光部材の貫通孔はレンズ部材に向かって幅が狭まっている。しかし、このような構成では、対象物側の貫通孔の内壁面で光が反射しやすくなるため、ゴーストが目立ちやすくなるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するために創作されたものであって、正立等倍像を結ぶ安価で光学特性の良い結像光学装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するための結像光学装置は、結像面にそれぞれ正立等倍像を結ぶ複数のレンズ面が形成されたレンズ部材と、前記レンズ部材の対象物側と結像面側とにそれぞれ配置され前記複数のレンズ面の光軸上にそれぞれ貫通孔が形成された遮光部材と、を備え、前記貫通孔の前記光軸に直交する所定方向の幅が前記結像面に接近するほど狭くなっている。
本発明によると、遮光部材の貫通孔の幅が一方の開口から他方の開口に向かって狭まる構成であるため、型を用いて離型性よく製造することができる。また、本発明によると、対象物側の遮光部材の貫通孔が対象物に接近するほど狭くなる場合に比べると、貫通孔内の反射を抑えられるため、ゴーストが抑制される。すなわち本発明によると、正立等倍像を結ぶ安価で光学特性の良い結像光学装置を実現することができる。
【０００８】
（２）上記目的を達成するための結像光学装置において、前記レンズ部材と前記対象物側の遮光部材との距離は、前記レンズ部材と前記結像面側の遮光部材との距離と等しくてもよい。
この構成を採用することにより、対象物側の遮光部材の貫通孔の１つから放射される光を、当該貫通孔と光軸が一致している結像面側の貫通孔に無駄なく入射させることができるため、明るい像が得られる。
【０００９】
（３）上記目的を達成するための結像光学装置において、前記複数のレンズ面のそれぞれは、前記配列方向に垂直な平面で両端部を切り取られ両隣の前記レンズ面と前記平面において互いに交わる曲面で構成され、前記貫通孔の開口は前記複数のレンズ面の配列方向に平行な短辺を有する長方形であってもよい。
この構成を採用すると、大きなレンズ面を密に配置することができる。そして貫通孔の開口形状がレンズ面の形状に対応しているため、対象物側の貫通孔から放射される光束をレンズ面に効率よく入射させることができ、また、レンズ面から放射される光束を効率よく撮像素子側の貫通孔に入射させることができる。これにより、さらに明るい正立等倍像を結像面に結ぶことができる。
【００１０】
（４）上記目的を達成するための結像光学装置において、前記対象物側の遮光部材と前記結像面側の遮光部材とは同一形状であってもよい。
この構成を採用することにより、遮光部材の製造コストをさらに低減することができる。
【００１１】
なお、本発明は、撮像素子と組み合わせることにより接触型イメージセンサーモジュールとして構成することもでき、撮像素子および位置決め部材と組み合わせることにより画像読み取り装置として構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例にかかる断面図。
【図２】図２Ａは本発明の実施例にかかる平面図。図２Ｂおよび図２Ｃは本発明の実施例にかかる断面図。
【図３】本発明の実施例にかかる折れ線グラフ。
【図４】本発明の実施例にかかる光線図。
【図５】本発明の比較例１にかかる断面図。
【図６】本発明の比較例２にかかる断面図。
【図７】本発明の比較例３にかかる断面図。
【図８】本発明の比較例４にかかる断面図。
【図９】本発明の比較例１にかかる光線図。
【図１０】本発明の比較例１にかかる折れ線グラフ。
【図１１】本発明の比較例２にかかる光線図。
【図１２】本発明の比較例２にかかる折れ線グラフ。
【図１３】本発明の比較例３にかかる光線図。
【図１４】本発明の比較例３にかかる折れ線グラフ。
【図１５】本発明の比較例４にかかる折れ線グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１．実施例
以下、本発明の実施例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。本発明による画像読み取り装置の一実施例の構成を図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。
【００１４】
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。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。結像光学装置２は、第一遮光部材２０、レンズ部材３０および第二遮光部材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。
【００１５】
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ガラス部材である。レンズ部材３０のプラテンガラス１０側の端面とリニアイメージセンサー４０側の端面とは同一形状である。すなわち、レンズ部材３０のプラテンガラス１０側のレンズ面３０ａと、レンズ部材３０のリニアイメージセンサー４０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。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。
【００１６】
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同一の板状部材である。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２０ａ、２１ａが直線的に配列されている。
【００１７】
図２Ａは、レンズ面３０ａ、３０ｂの光軸方向から見たレンズ面３０ａ、３０ｂと貫通孔２０ａ、２１ａの位置関係を示している。図２Ａに示すように、貫通孔２０ａ、２１ａの配列方向はレンズ面３０ａ、３０ｂのそれぞれの配列方向と一致している。また貫通孔２０ａ、２１ａの配列間隔はレンズ面３０ａ、３０ｂのそれぞれの配列間隔と一致している。また、第一遮光部材２０、レンズ部材３０および第二遮光部材２１は、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。貫通孔２０ａ、２１ａ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。そして貫通孔２０ａ、２１ａの内壁面のそれぞれは平面で構成されている。レンズ面３０ａ、３０ｂの幅は、貫通孔２０ａ、２１ａ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２０ａ、２１ａの開口形状がレンズ面３０ａ、３０ｂの形状に対応しているため、貫通孔２０ａ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貫通孔２１ａ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。
【００１８】
図２Ｂは、レンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向とレンズ面３０ａ、３０ｂの光軸とに平行な平面を断面とする貫通孔２０ａ、２１ａの断面図である。図２Ｂに示すように、貫通孔２０ａ、２１ａはレンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向の幅が結像面に接近するほど狭くなっている。すなわち、レンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向と平行でない対向内壁面は、レンズ面３０ａ、３０ｂの光軸に対して傾斜した平面で構成され、結像面に接近するほど互いに接近する。その傾斜角が大きくなるほど離型性は向上するが、光学的には、その傾斜角は２度以内であることが好ましい。また金型に接する面積が大きな対向面を傾斜させることによる離型性の向上効果は、金型に接する面積が小さな対向面を傾斜させることによる離型性の向上効果よりも高い。したがって本実施例では、レンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向と平行でない内壁面（広い方の対向面）の光軸に対する傾斜角を２度としている。一方、図２Ｃに示すように、レンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向と光軸に直交する方向においては、貫通孔２０ａ、２１ａの幅を一定として、光学特性を高めている。すなわち、レンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向と光軸に直交する方向において貫通孔２０ａ、２１ａの幅を一定にすると、貫通孔２０ａ、２１ａの対向する２組の内壁面のうち、狭い方の内壁面が光軸と平行になるが、その内壁面が光軸に対して平行であっても、その内壁面が狭いため、問題のない程度の離型性を確保できる。そして、本実施例では、離型性をさらに向上させるために、貫通孔２０ａ、２１ａの広い方の開口、すなわちプラテンガラス１０に近い方の開口の縁部を図２Ｂに示すように凸曲面で構成している。なお、図２Cの断面を図２Bに示すように下窄まりの台形型とすれば離形性はさらに向上する。
【００１９】
レンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向に対して４５度傾斜した輪郭を有する画像が形成された原稿９をプラテンガラス１０に配置し、本実施例の結像光学装置２を用いてリニアイメージセンサー４０の受光面４０ａに結像させるシミュレーションを行った。シミュレーターにはＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（登録商標）を用いた。図３は受光面４０ａの放射照度を示すグラフである。図４の横軸はレンズ面３０ａ、３０ｂの配列方向における放射照度の計測位置である。図４は光線図である。本実施例では、受光面４０ａに入射する光束の７．８％は受光面４０ａにゴーストを形成した。シミュレーションに用いた本実施例の数値条件は以下の通りである。
【００２０】
プラテンガラスの厚さｄ１：2.8ｍｍ
プラテンガラスからレンズ部材までの距離ｄ２：3.66ｍｍ
第一遮光部材および第二遮光部材の厚さｄ３：0.6ｍｍ
レンズ部材から第一遮光部材までの距離ｄ４：0.4ｍｍ
レンズ部材から第二遮光部材までの距離ｄ５：0.4ｍｍ
原稿面から受光面までの距離ｄ６：9.9ｍｍ
レンズ面の配列間隔ｄ７：0.35ｍｍ
貫通孔のプラテンガラス側の開口寸法：0.5ｍｍ×0.2ｍｍ
貫通孔の受光面の開口寸法：0.451ｍｍ×0.151ｍｍ
貫通光内面R:0.05ｍｍ
貫通光プラテンガラス側開口部R:0.075ｍｍ
プラテンガラスの屈折率：1.52
レンズ部材の屈折率：1.51
レンズ面の直径：0.75ｍｍ
レンズ面の曲率半径：0.4ｍｍ（非球面係数は省略）
【００２１】
２．比較例
上記実施例の光学特性を説明するため、遮光部材２０、２１の配置を変えた比較例１−４を図５から図８に示す。図５に示す比較例１では、第一遮光部材２０を裏返して配置している。すなわち、比較例１では、第一遮光部材２０の貫通孔２０ａがプラテンガラス１０に接近するほど狭くなっている。図６に示す比較例２では、第二遮光部材２１を裏返して配置している。すなわち、比較例２では、第二遮光部材２１の貫通孔２１ａがレンズ部材３０に接近するほど狭くなっている。図７に示す比較例３では、第一遮光部材２０、第二遮光部材２１の両方を裏返して配置している。すなわち、比較例３では、第一遮光部材２０の貫通孔２０ａはプラテンガラス１０に接近するほど狭くなり、第二遮光部材２１の貫通孔２１ａはレンズ部材３０に接近するほど狭くなっている。図８に示す比較例４では、第二遮光部材２１とレンズ部材３０との距離ｄ５を第一遮光部材２０とレンズ部材３０との距離ｄ４の２倍にしている。
【００２２】
図９は比較例１の光線図、図１０は比較例１の受光面４０ａの放射照度を示している。比較例１では、実施例よりも像が明るくなり、実施例における光伝達率を１００％とすると、相対的な光伝達率は１１５％となった。しかし、実施例に比べてゴーストが多く、受光面４０ａに入射する光束の１７．１％は受光面４０ａにゴーストを形成した。図４に示された実施例の光線図と、図９に示された比較例１の光線図とを比較すると、第一遮光部材２０の貫通孔２０ａの内壁面で反射される光束が、実施例よりも比較例１の方が多くなっている。これは、貫通孔２０ａがレンズ部材３０に接近するほど広がっているため、貫通孔２０ａの内壁面に対する入射角が比較例１の方が小さくなるからである。そして、貫通孔２０ａの内壁面で反射される光はゴーストを形成する。したがって、比較例１に比べると実施例の方がゴーストを抑制できる。
【００２３】
図１１は比較例２の光線図、図１２は比較例２の受光面４０ａの放射照度を示している。比較例２では、実施例よりも像が暗くなり、実施例を基準とする相対的な光伝達率は９３％となった。図４に示された実施例の光線図と、図１１に示された比較例２の光線図とを比較すると、貫通孔２１ａに入射せずに第二遮光部材２１の端面に入射して吸収される成分が、実施例よりも比較例２の方が多くなっている。これは、貫通孔２１ａのレンズ部材３０側の開口面積が比較例２の方が小さいからである。そして、比較例２では、実施例よりもややゴーストが多く、受光面４０ａに入射する光束の８．８％が受光面４０ａにゴーストを形成する。
【００２４】
図１３は比較例３の光線図、図１４は比較例３の受光面４０ａの放射照度を示している。比較例３では、実施例よりもわずかに像が暗くなり、実施例を基準とする相対的な光伝達率は９９％となる。そして比較例３では、実施例よりもゴーストが多くなり、受光面４０ａに入射する光束の１０．５％は受光面４０ａにゴーストを形成した。比較例１と同様の理由により、比較例３に比べても実施例の方がゴーストを抑制できる。
【００２５】
図１５は比較例４の受光面４０ａの放射照度を示している。比較例４では、実施例よりも像が暗くなり、実施例を基準とする相対的な光伝達率は８６％となった。そして、比較例４では、実施例よりもゴーストが多くなり、受光面４０ａに入射する光束の１５％がゴーストを形成した。比較例４では、レンズ部材３０との距離が第一遮光部材２０と第二遮光部材２１とで異なるため、第二遮光部材２１の貫通孔２１ａの内壁面で反射する光束が実施例と比べて多くなる。そして、貫通孔２１ａの内壁面で反射される光はゴーストを形成する。したがって、比較例４に比べても実施例の方がゴーストを抑制できる。
【００２６】
以上のシミュレーション結果によると、比較例１−４との比較において、実施例の光学特性が最も優れているといえる。すなわち、貫通孔２０ａ、２１ａが受光面４０ａに接近するほど狭まり、レンズ部材３０から等距離に遮光部材２０、２１が配置されるときに、明るく、かつ、ゴーストが少ない像をリニアイメージセンサー４０の受光面に形成できる。そして、貫通孔２０ａ、２１ａは一方の開口から他方の開口に向かって広がっているため、金型を用いた射出成形により遮光部材２０，２１を安価に製造することができる。さらに、遮光部材２０、２１が同一形状であるため、遮光部材２０、２１の製造コストはさらに低減される。すなわち、上記実施例によると、鮮明な正立等倍像を結ぶ安価な結像光学装置を実現できる。
【００２７】
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。
例えば、レンズ部材、遮光部材、プラテン等の材質は例示であって、プラテンやレンズ部材を樹脂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。
【００２８】
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。また上記実施例においては貫通孔の対向する１組の内壁面を孔軸に対して傾斜させたが、対向する２組の内壁面のそれぞれを孔軸に対して傾斜させても良い。また、遮光部材に２列以上の貫通孔を形成しても良い。
【符号の説明】
【００２９】
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…受光面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014102413.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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