(57)【要約】【課題】　ＴＣの小さいロッドレンズアレイを用いた超薄型ＣＳにおいても、照明光が原稿面上の被読取位置を十分到達するようにする。【解決手段】　結像素子を形成する結像レンズの側板の厚さが光源側で薄く、結像レンズを挟んだ反対側で厚くなるように、側板の厚さが異なる結像素子を用いて密着型イメージセンサを構成する。光源側を薄くしたことで、光源から原稿面までの光路が確保しつつ、反対側を厚くすることで、結像素子の光学的位置決め及び支持が確実にできるようになる。【選択図】　図２
2004007820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサとを備える画像読取装置に使用され、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズアレイであって、
　複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズを配列して両側から挟持することにより位置決めするための第１及び第２の側板とを備え、前記第１の側板と前記第２の側板の厚さを異ならせたことを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項２】
　請求項１において、前記複数のロッドレンズに対して第１の側板を挟んで前記照明装置が配置される場合に、第１の側板の厚さを第２の側板の厚さよりも薄くしたことを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項３】
　請求項２において、前記ロッドレンズの直径をφ〔ｍｍ〕、前記第１の側板の厚さをｔ〔ｍｍ〕とした場合に、φ／２＋ｔ≦０．５〔ｍｍ〕となるように前記ロッドレンズアレイの直径と前記第１の側板の厚さを規定したことを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項４】
　請求項１乃至３のいずれか１項において、前記複数のロッドレンズと前記第１及び第２の側板を樹脂により固定することを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項５】
　原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサとを備える画像読取装置に使用され、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズアレイであって、
　複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズを配列して位置決めするための側板とを備え、前記複数のロッドレンズの配列の片側のみに前記側板を固着したことを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項６】
　請求項５において、前記側板に対して複数のロッドレンズを挟んで前記照明装置が配置されることを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項７】
　請求項５または６において、前記ロッドレンズと前記側板を樹脂により固定することを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項８】
　原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサとを備える画像読取装置に使用され、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズアレイであって、
　複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズを配列して位置決めするための側板とを備え、前記ロッドレンズの直径をφ〔ｍｍ〕、前記側板の厚さをｔ〔ｍｍ〕とした場合に、φ／２＋ｔ≦０．５〔ｍｍ〕となるように前記ロッドレンズアレイの直径と前記側板の厚さを規定したことを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項９】
　請求項８において、前記複数のロッドレンズと前記側板を樹脂により固定することを特徴とするロッドレンズアレイ。
【請求項１０】
　原稿をライン状に照射するための照明装置と、
　前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、
　前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して両側からお互いに厚さの異なる第１及び第２の側板により挟持することにより構成されたロッドレンズアレイと、
を有することを特徴とする画像読取装置。
【請求項１１】
　請求項１０において、前記複数のロッドレンズに対して第１の側板を挟んで前記照明装置が配置される場合に、第１の側板の厚さを第２の側板の厚さよりも薄くしたことを特徴とする画像読取装置。
【請求項１２】
　請求項１１において、前記ロッドレンズの直径をφ〔ｍｍ〕、前記第１の側板の厚みをｔ〔ｍｍ〕とした場合に、φ／２＋ｔ≦０．５〔ｍｍ〕となるように前記ロッドレンズの直径と前記第１の側板の厚さを規定したことを特徴とする画像読取装置。
【請求項１３】
　請求項１０乃至１２のいずれか１項において、前記複数のロッドレンズと前記第１及び第２の側板を樹脂により固定することを特徴とする画像読取装置。
【請求項１４】
　原稿をライン状に照射するための照明装置と、
　前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、
　前記被写体からの反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して片側のみに側板を固着することにより構成されたロッドレンズアレイと、
を有することを特徴とする画像読取装置。
【請求項１５】
　請求項１４において、前記側板に対して複数のロッドレンズを挟んで前記照明装置を配置したことを特徴とする画像読取装置。
【請求項１６】
　請求項１４または１５において、前記ロッドレンズと前記側板を樹脂により固定したことを特徴とする画像読取装置。
【請求項１７】
　原稿が載置される透明部材と、
　前記原稿をライン状に照射するための照明装置と、
　前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、
　前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して側板により位置決めすることで構成されるロッドレンズアレイとを有し、
　前記反射光が前記ロッドレンズアレイに入射する面と原稿面の最短距離をＬ０〔ｍｍ〕、ロッドレンズの直径をφ〔ｍｍ〕、側板の厚さをｔ〔ｍｍ〕、前記透明部材の屈折率をｎ、透明部材の厚さをｄ〔ｍｍ〕とした場合に、
　φ／２＋ｔ≦ｄ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ３０°）／ｎ））＋（Ｌ０−ｄ）×ｔａｎ３０°−０．２〔ｍｍ〕
になるように各部材を規定したことを特徴とする画像読取装置。
【請求項１８】
　請求項１７において、φ／２＋ｔ≦０．５〔ｍｍ〕であることを特徴とする画像読取装置。
【請求項１９】
　請求項１７または１８のいずれか１項において、前記複数のロッドレンズと前記側板を樹脂により固定したことを特徴とする画像読取装置。
【請求項２０】
　原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して両側からお互いに厚さの異なる第１及び第２の側板により挟持することにより構成されたロッドレンズアレイと、を有する読取ユニットと、
　前記イメージセンサから出力される画像信号に所定の処理を施す信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする画像読取システム。
【請求項２１】
　請求項２０において、さらに前記読取ユニット及び前記信号処理手段の制御を行なう制御手段を備えたことを特徴とする画像読取システム。
【請求項２２】
　請求項２０または２１において、前記複数のロッドレンズに対して第１の側板を挟んで前記照明装置が配置される場合に、第１の側板の厚さを第２の側板の厚さよりも薄くしたことを特徴とする画像読取システム。
【請求項２３】
　請求項２２において、前記ロッドレンズの直径をφ〔ｍｍ〕、第１の側板の厚さをｔ〔ｍｍ〕とした場合に、φ／２＋ｔ≦０．５〔ｍｍ〕となるように前記ロッドレンズの直径と前記第１の側板の厚さを規定したことを特徴とする画像読取システム。
【請求項２４】
　請求項２０乃至２３のいずれか１項において、前記複数のロッドレンズと前記第１及び第２の側板を樹脂により固定することを特徴とする画像読取システム。
【請求項２５】
　原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、前記被写体からの反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して片側のみに側板を固着することにより構成されたロッドレンズアレイと、を有する読取ユニットと、
　前記イメージセンサから出力される画像信号に所定の処理を施す信号処理手段と、
を備えたことを特徴とする画像読取システム。
【請求項２６】
　請求項２５において、さらに前記読取ユニット及び前記信号処理手段の制御を行なう制御手段を備えたことを特徴とする画像読取システム。
【請求項２７】
　請求項２５または２６において、前記側板に対して複数のロッドレンズを挟んで前記照明装置を配置したことを特徴とする画像読取システム。
【請求項２８】
　請求項２５から２７のいずれか１項において、前記ロッドレンズと前記側板を樹脂により固定することを特徴とする画像読取システム。
【請求項２９】
　原稿が載置される透明部材と、
　前記原稿をライン状に照射するための照明装置と、
　前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、
　前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して側板により位置決めすることで構成されるロッドレンズアレイとを有する読取ユニットと、
　前記イメージセンサから出力される画像信号に所定の処理を施す信号処理手段と、
を備え、
　前記反射光が前記ロッドレンズアレイに入射する面と原稿面の最短距離をＬ０〔ｍｍ〕、ロッドレンズの直径をφ〔ｍｍ〕、側板の厚さをｔ〔ｍｍ〕、前記透明部材の屈折率をｎ、透明部材の厚さをｄ〔ｍｍ〕とした場合に、φ／２＋ｔ≦ｄ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ３０°）／ｎ））＋（Ｌ０−ｄ）×ｔａｎ３０°−０．２〔ｍｍ〕になるように各部材を規定したことを特徴とする画像読取システム。
【請求項３０】
　請求項２９において、さらに前記読取ユニット及び前記信号処理手段の制御を行なう制御手段を備えたことを特徴とする画像読取システム。
【請求項３１】
　請求項２９または３０において、φ／２＋ｔ≦０．５〔ｍｍ〕であることを特徴とする画像読取システム。
【請求項３２】
　請求項２９乃至３１のいずれか１項において、前記複数のロッドレンズと前記側板を樹脂により固定することを特徴とするロッドレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、ロッドレンズアレイと、それを用いた画像読取装置及び画像読取システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　近年、パーソナルコンピュータの急激な普及により一般家庭においても写真やイラスト等の画像をスキャナと呼ばれる画像入力用の情報処理装置で読み取り、コンピュータ上で処理してはがきや文書等に出力するという用途が広がっている。このようなスキャナを一般家庭において用いる場合、設置面積や取扱の簡便性、インテリアの一部としてのデザイン性の観点から、より小型で軽量なことが望まれる。
【０００３】
　その小型化・軽量化を実現するために、スキャナの読み取り部に原稿と密着して原稿上の画像読み取りを行なう密着型イメージセンサが用いられているものがある。図１５は、従来の密着型イメージセンサの外観を示す模式的斜視図であり、１はイメージセンサ全体を支持するフレーム、５は原稿と接触してその読取面を規定するカバーガラスである。フレーム１には多数の光センサをその長手方向（矢印ＤＭ方向）に沿って配列したセンサアレイが内蔵されており、ここではそのＤＭ方向を主走査方向と定義し、フレーム１の短手方向（　ＤＭ方向と直行する矢印ＤＳ方向）を副走査方向と定義する。
【０００４】
　図１６は、図１５のＢＢ’線における断面を示す図である。フレーム１の第一空間１Ａに結像素子であるロッドレンズアレイ７が、第二空間１Ｂに照明装置６がそれぞれ配置されており、第一空間１Ａ及び第二空間１Ｂは互いに連通している。照明装置６は、１個以上のＬＥＤ光源６３からの光を主走査方向（ＤＭ方向）に導くとともに、原稿ＰＰを照明する機能を備えた導光板６１と、導光板６１からの洩れ光を防ぐとともに導光板６１の位置を定め、効率良く原稿ＰＰを照明する機能を備えた枠材であるハウジング６２から構成されている。このような光源６により照射された光は、カバーガラス５上にある原稿ＰＰを照射し、その反射光がロッドレンズアレイ７により、センサ基板４上に設けられたセンサＩＣ３上に結像するように、センサ基板４が第三空間１Ｃに配置されている。
【０００５】
　このようなイメージセンサを組み立てる場合は、まず照明装置６を接着剤やねじでフレーム１の取付け面１Ｄに固定し、ロッドレンズアレイ７を第一空間１Ａに入れて接着剤やねじでフレーム１の取付け面１Ｅに固定する。そして、センサＩＣ３が設けられているセンサ基板４をフレーム２によってフレーム１に固定することでイメージセンサが完成する。
【０００６】
　ロッドレンズアレイ７は図１７に示すようにロッドレンズ７１を１列以上のライン状に複数個配列して、その両側から側板と呼ばれる薄い板状の枠材７２，７３で挟み込み、間隙に樹脂を充填して固着することにより形成されている。
【０００７】
　このロッドレンズ７１は、中央部から周辺にかけて屈折率を徐々に変化させることでレンズ機能を持たせた円柱形状のレンズ素子である。このレンズ素子の径は約０．６ｍｍであり、側板の厚さは約０．５ｍｍである。このようなロッドレンズアレイは物体面上の画像をレンズアレイを通して反対側の像面上に正立等倍結像する機能を有しており、物体面に原稿を配置し、像面にセンサの受光面を配して原稿面上の画像をセンサ面上に結像せしめて、画像の読み取りを行なうのに適している。
【０００８】
　次に図１８は、ロッドレンズアレイ７と物体面及び像面の関係を示した図である。物体面ｏと像面ｉの距離は、用いられる各単レンズの特性によって決定し、共役長（ＴＣ）と呼ばれている。また、レンズ端面から物体面、あるいは像面までの距離は、作動距離（Ｌ０）と呼ばれている。さらに、図中Ｚ０で示したものは、レンズアレイを構成する各単レンズの長さ、すなわちレンズアレイの高さである。
【０００９】
　現在、この種のイメージセンサに主として用いられるレンズアレイとしては、ＴＣが約９ｍｍのタイプと、約１８ｍｍのタイプの２種類があり、全体の小型化を重視する場合には前者のタイプが、解像度や焦点深度を重視する場合には後者のタイプが用いられている。ここではＴＣが９．１ｍｍのものを例に取って説明する。
【００１０】
　図１９は、このＴＣが９．１ｍｍのロッドレンズアレイを用いたイメージセンサの一例であり、図２０は、そのロッドレンズアレイ７と、照明装置６、カバーガラス５及びセンサ基板４の位置関係を示した図である。なお、ここでは照明装置６として、基板上にＬＥＤチップを複数個ライン状に配列したものを用いている。ロッドレンズアレイ７の高さＺ０は４．３ｍｍ、レンズアレイ端面からセンサＩＣの表面までの距離は前述の作動距離Ｌ０に対応し、２．４ｍｍとなっている。また、レンズアレイ端面から原稿面までの距離Ｌ０’は、その間に厚さｄが１ｍｍ、屈折率約１．５のカバーガラスが存在しているために作動距離Ｌ０よりやや大きくなり、２．７ｍｍに設定されている。そのため、原稿面からセンサＩＣの表面までの距離はレンズアレイのＴＣよりやや大きい９．４ｍｍとなり、イメージセンサの厚さとしては、センサ基板の厚み等も含めて約１１ｍｍ程度である。
【００１１】
　このような密着型イメージセンサの最大の利点であるコンパクトな製品構成を実現し、さらなる小型化の要求に応えるために、光学長ＴＣの短い結像素子を採用することが提案されている。
【００１２】
　レンズアレイのＴＣは以下の式で与えられることが知られている。
【００１３】
【数１】
2004007820.tif 000003
　上記式において、Ａは各単レンズの屈折率分布定数、ｎ０は各単レンズの光軸上屈折率、Ｚ０は各単レンズの長さ、Ｐは１周期長、Ｌ０は作動距離を表わしている。
【００１４】
　このような式で表わされるＴＣを短くするための方法として、レンズアレイを構成する各単レンズの長さ、すなわちレンズアレイの高さＺ０をやや長くする方法がある。例えば、図２０に示したＴＣ＝９．１ｍｍのレンズアレイでは、上記各定数が
【００１５】
【数２】
2004007820.tif 000004
となっているが、これらの定数のうちｎ０と
【００１６】
【数３】
2004007820.tif 000005
をそのままで、Ｚ０をやや大きくして、例えばＺ０＝４．５ｍｍとすれば、前述の式を用いてＴＣ＝８．１ｍｍとなることがわかる。図２１は、このＺ０＝４．５ｍｍ、ＴＣ＝８．１ｍｍとしたレンズアレイを示したものであり、このようにすると、各単レンズ内部の屈折率分布を変えずにＴＣを短くすることができる。しかしながらこの方法では、各単レンズの長さ、すなわちレンズアレイ自体の高さＺ０はかえって大きくなるため、ＴＣの短縮には限界があり、十分に短いＴＣを実現することは困難である。
【００１７】
　そこで、ＴＣを短縮するもう一つの方法として、各単レンズ内部の屈折率分布を変え、中央部から周辺部にかけて屈折率がより急激に変化するようにする方法がある。すなわち前述の定数のうち、
【００１８】
【数４】
2004007820.tif 000006
を変更することにあたる。図２２は、このようなレンズアレイを示したものであり、各単レンズに入射した光束がレンズ内部でより大きく曲げられるため、結果的にＴＣをより短くすることが可能である。このような方法によれば、ＴＣを短くしながら、同時にＺ０も小さくすることができる。図２２のレンズアレイは、ＴＣが４．７ｍｍ、レンズアレイ自体の高さＺ０は２．２ｍｍ、レンズアレイとセンサＩＣの表面までの距離Ｌ０は１．３ｍｍである。レンズアレイと原稿面までの距離Ｌ０’は、その間に厚さ１ｍｍ、屈折率約１．５のカバーガラスが存在しているためにやや大きくなり、１．６ｍｍとなっている。
【００１９】
　このようなＴＣの短いロッドレンズを用いたイメージセンサを図２３に示す。図２３のように第二空間１Ｂに挿入した照明装置６と第一空間１Ａに挿入したロッドレンズアレイ７を、カバーガラス５でフレーム１に押し付けた状態でガラス５をフレーム１に固定することで、光源６とロッドレンズアレイ７を同時に固定するようになっている。また、センサＩＣ３が設けられているセンサ基板４は、接着材やねじにより、あるいはフレーム１自体をかしめることによってフレーム１に固定される。このように構成することでイメージセンサを厚み方向に更なるコンパクト化することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
　図２４に、ＴＣが９．１ｍｍのロッドレンズアレイ７と照明装置６から照明された照明光の関係を示す。照明装置６から照射された光束は、レンズアレイ７の端面から原稿面までの間（Ｌ０’＝２．７ｍｍ）を斜めに通過して原稿面上のレンズアレイの結像位置、すなわち被読み取り位置Ｐを照明する。実際には、イメ［ジセンサ組立のメカ的な公差を考慮して被読み取り位置Ｐを中心としてその左右±０．２ｍｍ以上の領域を照明するように設計され、レンズアレイ７の光軸に対し、照明装置６から原稿面を照射する角度θは、３０°から５０°の間にその主な光束が分布しているのが普通である。
【００２１】
　これに対して図２５は、ＴＣが図２４に示したものの約半分である４．７ｍｍのロッドレンズアレイ７を用いたイメージセンサにおける、レンズアレイ７と照明光の関係を示す図である。照明装置６から照射された光束は、レンズアレイ７の端面から原稿面までの間（Ｌ０’＝１．６ｍｍ）を斜めに通過して原稿面を照明するが、光学長ＴＣの短いレンズアレイ７は、その端面から結像位置までの長さＬ０も短いため、なるべく照明装置６をレンズアレイ７に近接して配置する必要がある。しかしながら、枠材の厚みがあるために、照明装置６をレンズアレイ７にできる限り近接させたとしても、被読み取り位置Ｐを照明することができないという問題が発生する。このようにＴＣの短いレンズアレイを用いてイメージセンサを構成すると、照明光が読み取り位置に十分到達しないために、有効に原稿面上の画像を読み取ることができないという問題が生じる。
【００２２】
　また、ロッドレンズアレイ７をカバーガラス５から離れた位置に配置した場合、光源６から照射された直接光や内面反射光の間接光、また上記密着型イメージセンサの外部からの迷光をセンサが受光しないようにするための遮光手段を設置する必要があるが、ＴＣの短い結像素子を用いる場合に、この遮光手段の設置により結像位置を光源により照射するのがさらに困難になるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載のロッドレンズアレイは、原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサとを備える画像読取装置に使用され、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズアレイであって、複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズを配列して両側から挟持することにより位置決めするための第１及び第２の側板とを備え、前記第１の側板と前記第２の側板の厚さを異ならせたことを特徴とする。
【００２４】
　請求項５に記載のロッドレンズアレイは、原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサとを備える画像読取装置に使用され、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズアレイであって、複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズを配列して位置決めするための側板とを備え、前記複数のロッドレンズの配列の片側のみに前記側板を固着したことを特徴とする。
【００２５】
　請求項８に記載のロッドレンズアレイは、原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサとを備える画像読取装置に使用され、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズアレイであって、複数のロッドレンズと、前記複数のロッドレンズを配列して位置決めするための側板とを備え、前記ロッドレンズの直径をφ〔ｍｍ〕、前記側板の厚さをｔ〔ｍｍ〕とした場合に、φ／２＋ｔ≦０．５〔ｍｍ〕となるように前記ロッドレンズアレイの直径と前記側板の厚さを規定したことを特徴とする。
【００２６】
　請求項１０に記載の画像読取装置は、原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して両側からお互いに厚さの異なる第１及び第２の側板により挟持することにより構成されたロッドレンズアレイとを有することを特徴とする。
【００２７】
　請求項１４に記載の画像読取装置は、原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、前記被写体からの反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して片側のみに側板を固着することにより構成されたロッドレンズアレイと、を有することを特徴とする。
【００２８】
　請求項１７に記載の画像読取装置は、原稿が載置される透明部材と、前記原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して側板により位置決めすることで構成されるロッドレンズアレイとを有し、前記反射光が前記ロッドレンズアレイに入射する面と原稿面の最短距離をＬ０〔ｍｍ〕、ロッドレンズの直径をφ〔ｍｍ〕、側板の厚さをｔ〔ｍｍ〕、前記透明部材の屈折率をｎ、透明部材の厚さをｄ〔ｍｍ〕とした場合に、φ／２＋ｔ≦ｄ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ３０°）／ｎ））＋（Ｌ０−ｄ）×ｔａｎ３０°−０．２〔ｍｍ〕になるように各部材を規定したことを特徴とする。
【００２９】
　請求項２０に記載の画像読取システムは、原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、前記反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して両側からお互いに厚さの異なる第１及び第２の側板により挟持することにより構成されたロッドレンズアレイと、を有する読取ユニットと、前記イメージセンサから出力される画像信号に所定の処理を施す信号処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
　請求項２５に記載の画像読取システムは、原稿をライン状に照射するための照明装置と、前記原稿からの反射光を画像信号に変換して出力するリニアイメージセンサと、前記被写体からの反射光を前記リニアイメージセンサ上に結像するためのロッドレンズを複数配列して片側のみに側板を固着することにより構成されたロッドレンズアレイと、を有する読取ユニットと、前記イメージセンサから出力される画像信号に所定の処理を施す信号処理手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
　以上説明してきたように、本発明によれば、薄く小型なロッドレンズアレイを得ることができる。また、本発明によれば、原稿を照明する照明装置からの光の光路を確保しながら、薄く小型なロッドレンズアレイを用いることにより、コンパクトで高画質な画像読取装置及び画像読取システムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
　以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００３３】
　（第１の形態）
　図１は、本発明を実施した読取ユニットである密着型イメージセンサの斜視図であり、図２は、図１のＡＡ’線における断面図である。なお、前記図１５，１６で説明したものと同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
　図１において、１は支持体であるフレーム、５は原稿と接触してその読取面を規定する透明部材としてのカバーガラスである。また、図２において、６は原稿ＰＰを照明する照明装置であり、１個以上のＬＥＤ光源からの光６４を主走査方向ＤＭに導くとともに、原稿ＰＰをライン状に照明する機能を備えた導光板６１と、導光板６１からの洩れ光を防ぐとともに導光板６１の位置を定めて効率良く原稿ＰＰを照明する機能を備えたハウジング６２から構成されている。
【００３５】
　７は照明装置６により照明された原稿ＰＰからの光を結像するロッドレンズアレイであり、ロッドレンズ７１とロッドレンズ７１を１列以上のレンズアレイに形成するための側板７２，７３から構成されている。ここで、ロッドレンズ７１と側板７２及び７３は樹脂等の接着剤により固着されている。また、ロッドレンズ７１により結像された原稿ＰＰからの光は、センサＩＣ３により画像信号に光電変換され、センサＩＣ３を読み取り原稿の長さに対応してライン状に複数個、ガラエポ材等のセンサ基板４上に精度良く並べることでリニアイメージセンサ１０を構成している。また、センサ基板４は、画像読取装置と電気的に接続されている。
【００３６】
　本実施の形態のイメージセンサでは、ロッドレンズアレイ７を構成する照明装置６側に配置される第１の側板７２の厚さを、ロッドレンズ７１を挟んで側板７２の反対側に配置される第２の側板７３よりも薄くしており、照明装置６からの光６４がロッドレンズ７１の結像位置、すなわち原稿ＰＰの被読み取り位置Ｐを十分照らすことのできる位置まで照明装置６とロッドレンズ７１が近接することができる。しかしながら、このように側板の厚さを薄くした場合、ロッドレンズアレイ７自体の剛性が低くなるため、フレームにより支持した場合の光学的な位置決めを正確に行うのが困難になってしまう場合がある。この場合には、側板７３の厚さをより分厚くすることで、ロッドレンズアレイ自体の剛性を落とすことなく、照明装置側の側板７２の厚さを薄くすることができる。
【００３７】
　このように構成することで、ロッドレンズアレイ７の側板７２とフレーム１を面接触させ、ロッドレンズアレイ７をカバーガラス５でフレーム１に押し付けて、カバーガラス５をフレーム１に固定する場合でも、本実施の形態のロッドレンズアレイ７は十分な剛性を有するため、簡単かつ確実にレンズアレイ７を光学的な位置決めし、固定することができる。また、フレーム１にレンズアレイ７を密着させることで、照明装置６からの直接光、及び内面反射光の間接光、また外部からの迷光によるセンサＩＣ３への受光を遮断することができる。
【００３８】
　（第２の形態）
　図３は、第２の形態の密着型イメージセンサの断面図を示したものである。本実施の形態では、ロッドレンズアレイ７を構成する照明装置６側の側板を廃止し、側板７３のみによりロッドレンズ７１を保持するようにした。側板７３とロッドレンズ７１は樹脂等の接着剤により固着される。このように構成したことにより、原稿ＰＰを照明する照明装置６からの光路を最大限に確保することができる。
【００３９】
　また、照明装置６側において、ロッドレンズアレイ７の枠材を廃止したことで現れる面、例えばロッドレンズ７１の表面、あるいは塗装面、またはレンズアレイを形成するための接着剤の樹脂表面と照明装置６のハウジング６２の表面を面密着するように構成しており、照明装置６からの直接光、内面反射光の間接光、または外部からの迷光のセンサＩＣ３への入光を遮断することができる。
【００４０】
　（第３の形態）
　図４は、第３の形態の密着型イメージセンサの断面図を、また図５はその上面図を示したものである。
【００４１】
　図４、５のように本実施の形態のイメージセンサは、ライン状の光電変換素子群を具備したセンサＩＣ３を読み取り原稿の長さに対応して複数個、ライン状にガラエポ材等のセンサ基板４上に精度良く並べたリニアイメージセンサ１０と、ロッドレンズアレイ７、照明装置１１、原稿支持用の光透過性部材からなるカバーガラス５と、それらを位置決め保持するためのアルミニューム等の金属あるいは、ポリカーボネイト等の樹脂の材料からなるフレーム１から構成されている。
【００４２】
　このような構成において、不図示のローラ等により押えられカバーガラス５により支持された原稿は、照明装置１１より斜め方向からＲ，Ｇ，Ｂ３色の光を順次切り換えて照明される。そして原稿からＲ，Ｇ，Ｂ３色の光情報がロッドレンズアレイ７によりセンサＩＣ３に結像し、センサＩＣ３がＲ，Ｇ，Ｂ３色の光情報を電気信号へ変換する。変換された画像信号は後述するようにシステムへ伝送され、そこでＲ，Ｇ，Ｂ３色の電気信号を処理してカラー画像を再現する仕組みとなっている。
【００４３】
　次に、図６に照明装置の断面図、図７にその側面図を示す。照明装置１１は光源として赤（Ｒ）ＬＥＤ素子３１１，緑（Ｇ）ＬＥＤ素子３１２，青（Ｂ）ＬＥＤ素子３１３の３色のＬＥＤ素子が一つにパッケージングされたＲ，Ｇ，Ｂ３色ＬＥＤ光源３１と、アクリル樹脂等の光透過性に優れた部材からなる導光体３２から構成されている。Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤのピーク発光波長は色再現性を良くする目的から、それぞれ６００〜６６０（ｎｍ）、５１０〜５５０（ｎｍ）、４３０〜４８０（ｎｍ）のものから選択している。
【００４４】
　ＬＥＤ３１は、導光体３２の長手方向の端部の片側あるいは両端から導光体へ光が入射するように配置されており、図７に示すように入射した光は導光体３２と空気の界面で全反射を繰り返し、導光体３２中を伝搬していく。
【００４５】
　また、図７のように導光体３２にはの細かな鋸歯形状が導光体３２の長手方向に連続的に形成されており、導光体中を伝搬していく光のなかで鋸歯部３２１に入射した光だけは他の面での反射とは異なり、原稿面へ向かって大きく方向を換え、次の導光体３２と空気との界面で全反射角条件を満足しなくなり、所望の方向に光を出射させるようになっている。鋸歯部３２１はアルミ蒸着や銀色、白色インク等の印刷を施した反射面、または鋸歯の形状だけで空気との界面での完全反射を利用したものであってもいい。あるいは、鋸歯形状を形成しなくても単に白色インク等の印刷や粗面化することでも同様の効果が得られる。
【００４６】
　さらに、原稿面の照度を均一にするには、光源から距離が離れるほど鋸歯の幅を広げることや、単に白色インク印刷の場合は印刷面積を徐々に広げることでより均一な原稿面の照射を行なうことが可能である。導光体３２の原稿への光出射部以外を光の反射効率の良い白色等の部材で覆うことで原稿面の照度アップが可能である。
【００４７】
　次に、図８に本実施の形態で用いているロッドレンズアレイ７の断面図を示し、その特性を説明する。図８に示したロッドレンズアレイは、各単レンズ内部の屈折率分布を従来のものと変え、周辺部と中央部との屈折率差をより大きくしている。このため、各単レンズに入射した光束がレンズ内部でより大きく曲げられ、結果的にＴＣは従来のロッドレンズアレイの約半分となっている。
【００４８】
　具体的には結像共役長ＴＣは４．７ｍｍ、レンズアレイ自体の高さＺ０は２．２ｍｍ、レンズアレイとセンサＩＣの表面までの距離Ｌ０は１．３ｍｍである。レンズアレイと原稿面までの距離Ｌ０’は、その間に厚さ１ｍｍ、屈折率約１．５のカバーガラスが存在しているためにやや大きくなり、１．６ｍｍとなっている。
【００４９】
　さらに本実施の形態のレンズアレイでは、レンズアレイを構成する各ロッドレンズ７１の直径φを、従来０．６ｍｍ程であったものを細径化し、０．３ｍｍとしている。またアレイ状に配列したロッドレンズを両側からはさみこんでいる側板７２，７３の厚さｔを、従来の０．５ｍｍから０．３ｍｍへ減少させている。このためレンズアレーの光軸から側板の外側までの距離は０．４５ｍｍとなり、従来のものにくらべて大幅に減少している。
【００５０】
　しかしながら、このようにロッドレンズの直径を小さくし、さらに側板の厚さを薄くした場合、ロッドレンズアレイ７自体の剛性が低くなるため、フレームにより支持した場合の光学的な位置決めを正確に行うのが困難になってしまう場合がある。この場合には、上記第１の形態で説明したように照明装置６が配置される側にある側板７２の厚さだけを０．３ｍｍにして、反対側の側板７３の厚さを従来の０．５ｍｍよりも厚くすればよい。このようにすることで、ロッドレンズアレイ自体の剛性を落とすことなく、照明装置側の側板の厚さを薄くすることができる。
【００５１】
　本実施の形態におけるレンズアレーと照明装置による照明光の関係を図９、その拡大図を図１０に示す。一般に、照明装置から照射された照明光が原稿面を照射する角度θは３０°から５０°の間にその主な光束が分布しているのが普通である。いま、この角度θを３０°とし、イメージセンサ組立のメカ的な公差を考慮して、読み取り位置Ｐを中心とするその左右±０．２ｍｍ以上の領域をこの照明光が照明できるために必要な条件について、図１０を用いて考察する。
【００５２】
　いま、図中Ｒａｙで示した照明装置から照射された照明光がカバーガラスに到達し、そこで屈折されて原稿面まで到達するときの進入距離ｓは、光束がカバーガラスに到達するまでに進む距離ｓ１と、カバーガラス内部で進む距離ｓ２の和である。光束がカバーガラスに到達するまでに進む距離ｓ１は、レンズアレイの端部からカバーガラスまでの距離である（Ｌ０’−ｄ）に、光束の角度であるθの正接を乗じた値となる。（ｄ：カバーガラスの厚み）ここでθを３０°とすればこれは
　ｓ１＝（Ｌ０’−ｄ）×ｔａｎ３０°
となる。光束はカバーガラスの内部に入るとその角度は屈折により曲げられ、θ’となる。このθ’は屈折の公式により
　θ’＝ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ３０°）／ｎ）
で与えられる。ここでｎは、カバーガラスの屈折率である。光束がカバーガラス内部で進む距離ｓ２はカバーガラスの厚みｄに、カバーガラス内部での光束の角度であるθ’の正接を乗じた値となる。θ’は上式で与えられるのでこれは
　ｓ２＝ｄ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ３０°）／ｎ））
となる。一方、読み取り位置Ｐを中心とするその左右±０．２ｍｍ以上の領域を光束が照明するためには、この光束は、読み取り位置Ｐよりも更に０．２ｍｍ以上奥まで進入しなければならない。レンズアレイの側面から読み取り位置Ｐまでの距離はφ／２＋ｔ（φ：ロッドレンズの直径、ｔ：側板の厚み）で表されるので、このことはすなわち
　φ／２＋ｔ＋０．２ｍｍ＜ｓ１＋ｓ２
でなければならないことを示す。この式に上述のｓ１、ｓ２を代入し、整理すると、結局次の関係式が満足されなければならないことがわかる。
　φ／２＋ｔ＜ｄ×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ３０°）／ｎ））＋（Ｌ０’−ｄ）×ｔａｎ３０°−０．２ｍｍ
いまＬ０’＝１．６ｍｍ，ｄ＝１ｍｍ，ｎ＝１．５をそれぞれ代入すると、
　φ／２＋ｔ＜０．５ｍｍ
と規定される。本実施の形態においては、レンズアレイを構成する各ロッドレンズの径φを細径化し、０．３ｍｍとしており、かつ側板の厚さを、減少させているため、φ／２＋ｔは０．４５ｍｍとなり、上記条件を満足している。このことにより、照明装置から照射された光束が、原稿面上の被読み取り位置Ｐを、その左右±０．２ｍｍ以上の領域を含めて充分照明するようにすることができるようになっている。なお、ロッドレンズアレイ７を構成するロッドレンズ７１と側板７２及び７３は、樹脂等の接着剤により固着されている場合には、接着剤による厚みも考慮して、上記式が成り立つようにすればよい。
【００５３】
　（第４の形態）
　次に、第４の形態の密着型イメージセンサの断面図を図１１に示す。本実施の形態の各構成要素は、基本的に図４に示したものと同じであるが、レンズアレイ７がカバーガラス５と接触しており、カバーガラス５によって押さえつけられるように保持されている点が異なる。このような構成とすることにより、カバーガラスの裏面やレンズアレイの表面にゴミ等が付着して読み取り画質が低下するのを防ぐことができる。
【００５４】
　図１２に本実施の形態におけるレンズアレイと照明装置からの照明光の関係を示す。レンズアレイの共役長ＴＣや、レンズアレイ自体の高さＺ０、レンズアレイとセンサＩＣの表面までの距離Ｌ０は、それぞれ第３の実施の形態と同じである。レンズアレイと原稿面までの距離Ｌ０’は、その空間の大部分を屈折率約１．５のカバーガラスが占めているためにより大きくなり、２ｍｍとなっている。
【００５５】
　読み取り位置Ｐを中心とするその左右±０．２ｍｍ以上の領域を照明光が照明できるためには、ｄ＝Ｌ０’として得られる次の関係式が満足されなければならない。
　φ／２＋ｔ＜Ｌ０’×ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（（ｓｉｎ３０°）／ｎ））−０．２ｍｍ
ここでｎはカバーガラスの屈折率である。Ｌ０’＝２ｍｍ，ｄ＝１ｍｍ，ｎ＝１．５を代入すると、これはやはり次のようになる。
　φ／２＋ｔ＜０．５ｍｍ
【００５６】
　本実施の形態のレンズアレイを構成する各ロッドレンズの径φを細径化し、０．３ｍｍとしており、かつ側板の厚さを減少させているため、φ／２＋ｔは０．４５ｍｍとなり、上記条件を満足している。このことにより、照明装置から照射された光束が、原稿面上の被読み取り位置Ｐを、その左右±０．２ｍｍ以上の領域を含めて充分照明するようにすることができるようになっている。
【００５７】
　（第５の形態）
　上記実施の形態で説明した本発明に係る密着型イメージセンサを用いて構成した情報処理装置の一例として、図１３に通信機能を有するファクシミリを示す。
【００５８】
　図１３において、１００が上記各実施の形態で説明した密着型イメージセンサで構成した読取ユニット、１０２は原稿ＰＰを読取位置に向けて給送するための給送ローラー、１０４は原稿ＰＰを一枚ずつ確実に分離給送するための分離片である。１０６はセンサユニット１００の読取位置に設けられて原稿ＰＰの被読取面を規制するとともに原稿ＰＰを搬送する搬送ローラーである。
【００５９】
　Ｐはロール紙形態をした記録用紙であり、センサユニット１００により読み取られた画像情報あるいは外部から送信された画像情報が形成される。記録用紙は、ロール紙形態に限らず、所定のサイズに裁断された用紙でもかまわない。１１０は記録用紙Ｐ上に画像形成を行うための記録ヘッドであり、サーマルヘッド、インクジェット記録ヘッド等種種のものを用いることができる。また、この記録ヘッドは、シリアルタイプのものでも、ラインタイプのものでもよい。
【００６０】
　１１２は記録ヘッド１１０による記録位置に対し、記録用紙Ｐを搬送するとともにその被記録面を規制するプラテンローラーである。１２０は、オペレータによる操作入力を行なうスイッチやボタン、あるいはメッセージ、その他の装置の状態を報知するための行なうための表示部等を配したオペレーションパネルである。１６０は、システムコントロール基盤であり、各部の制御を行う制御部や、光電変換素子の駆動回路、画像情報の処理部、送受信部等が設けられる。１４０は、装置の電源である。
【００６１】
　次に、このファクシミリ装置の基本的な動作を説明する。送信動作を行なう場合は、オペレータが原稿ＰＰを所定位置にセットし、送信先や送信モードをオペレーションパネルで設定する。設定が終了すると、給紙ローラー１０２により原稿ＰＰが読取位置まで給紙され、読取ユニット１００による原稿ＰＰ上の画像情報の読み取りが開始される。このとき原稿ＰＰは、搬送ローラ１０６により読取ユニット１００に押さえつけられながら、搬送される。原稿の読み取りが終了すると、あるいは読み取りと平行して信号処理手段及び制御手段としてのシステムコントロール基板１３０により、電話回線を通じて相手に画像データを送る信号形態に変換されてから送信される。
【００６２】
　逆に相手側から送られてきた画像情報の受信を行なう場合には、システムコントロール基板１３０により記録用紙Ｐ上の画像を形成するための信号形態に変換を行い、変換が終わったものから記録ヘッド１１０によって記録用紙Ｐ上に順次画像が形成され、プラテンローラー１１２により排出される。
【００６３】
　（第６の形態）
　情報処理装置としては上述したファクシミリの他に画像形成を行うための記録部を持たず、イメージスキャナー等の装置でももちろん構わない。本実施の形態は、前述した密着型イメージセンサ１００を内蔵した画像読取装置１３０をパーソナルコンピュータ１５０に接続してシステム化し、読み取った画像情報をコンピューターあるいはネットワーク上に送出するようにした構成例である。図１４において、１３２は画像読取装置１３０全体を制御する第１の制御手段としてのＣＰＵ、１００は前述した光源及びＣＣＤラインセンサ等により構成され、原稿の画像を画像信号に変換する読取ユニットとしてのカラーイメージセンサ、１３６はカラーイメージスキャナ１００から出力されるアナログ画像信号にゲイン調整等のアナログ処理を施すアナログ信号処理回路である。
【００６４】
　また、１３８はアナログ信号処理回路１３６の出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１８０はメモリ１４２を使用してＡ／Ｄ変換器１３８の出力データにシェーディング補正処理、ガンマ変換処理及び変倍処理等の画像処理を施す画像処理回路、１４４は画像処理回路１８０により画像処理されたディジタル画像データを外部に出力するインターフェースである。インターフェース１４４は、例えば、ＳＣＳＩ又はＢｉ−Ｃｅｎｔｒｏｎｉｃｓ等のパーソナルコンピュータで標準的に採用される規格に従っており、パーソナルコンピュータ１５０に接続される。これらのアナログ信号処理回路１３６、Ａ／Ｄ変換器１３８、画像処理回路１８０、メモリ１４２により信号処理手段が構成される。
【００６５】
　第２の制御手段であるパーソナルコンピュータ１５０には、外部記憶装置又は補助記憶装置１５２として、光磁気ディスクドライブやフロッピー（登録商標）ディスクドライブなどが装備される。１５４はパーソナルコンピュータ１５０上での作業を表示するディスプレイ、１５３はパーソナルコンピュータにコマンド等を入力するためのマウス／キーボードである。また、１５５はパーソナルコンピュータと画像読取装置との間でデータ、コマンド、画像読取装置の状態情報の授受をインターフェースである。
【００６６】
　パーソナルコンピュータ１５０は、マウス／キーボード１５３より画像読取装置に対し読取りの指示を入力出来るようになっている。マウス／キーボード１５３により読取指示が入力されると、ＣＰＵ１５６はインターフェース１５５を介して画像読取装置に対して読取コマンドを送信する。そして、パーソナルコンピュータ１５０は、ＲＯＭ１５７に格納されている制御プログラム情報に従って画像読取装置の制御を行なう。なお、この制御プログラムは、補助記憶装置１５２に装填される光磁気ディスクやフロッピー（登録商標）ディスク等の記憶媒体に記憶したものをパソコン１５０内に読み込むことによりＣＰＵ１５６が実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施の形態における密着型イメージセンサの斜視図である。
【図２】第１の実施の形態における密着型イメージセンサの断面図である。
【図３】第２の実施の形態における密着型イメージセンサの断面図である。
【図４】第３の実施の形態における密着型イメージセンサの断面図である。
【図５】第３の実施の形態における密着型イメージセンサーの上面図である。
【図６】第３の実施の形態における照明装置の断面図である。
【図７】第３の実施の形態における照明装置の側面図である。
【図８】第３の実施の形態におけるレンズアレイの特性を示した図である。
【図９】第３の実施の形態におけるレンズアレイと照明装置の照明光の関係を示した図である。
【図１０】図９を拡大した図である。
【図１１】第４の実施の形態における密着型イメージセンサーの断面図である。
【図１２】第４の実施の形態におけるレンズアレイと照明光の関係を示した図である。
【図１３】密着型イメージセンサーを用いた情報処理装置の断面図である。
【図１４】密着型イメージセンサを用いた画像読取システムの構成図である。
【図１５】従来の密着型イメージセンサの斜視図である。
【図１６】従来の密着型イメージセンサーの断面図である。
【図１７】従来のロッドレンズアレイの斜視図である。
【図１８】従来のレンズアレイの特性を示した図である。
【図１９】従来の密着型イメージセンサーの断面図である。
【図２０】従来のレンズアレイとその周辺部分を示した図である。
【図２１】ＴＣの短いレンズアレイを示した図である。
【図２２】ＴＣの短いレンズアレイを示した図である。
【図２３】ＴＣの短いレンズアレイを用いた密着型イメージセンサの断面図である。
【図２４】従来のレンズアレイと照明光の関係を示した図である。
【図２５】ＴＣの短いレンズアレイを用いた場合のレンズアレイと照明光の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００６８】
　３　センサＩＣ
　４　センサ基板
　５　カバーガラス
　６　照明装置
　７　ロッドレンズアレイ
　１０　リニアイメージセンサ
　１１　照明装置
　７１　ロッドレンズ
　７２　側板
　７３　側板
　１００　読取ユニット
　１３０　画像読取装置
　１５０　パーソナルコンピュータ
　１６０　システムコントロール基板
　ＰＰ　原稿
【図１】
2004007820.tif 000007
【図２】
2004007820.tif 000008
【図３】
2004007820.tif 000009
【図４】
2004007820.tif 000010
【図５】
2004007820.tif 000011
【図６】
2004007820.tif 000012
【図７】
2004007820.tif 000013
【図８】
2004007820.tif 000014
【図９】
2004007820.tif 000015
【図１０】
2004007820.tif 000016
【図１１】
2004007820.tif 000017
【図１２】
2004007820.tif 000018
【図１３】
2004007820.tif 000019
【図１４】
2004007820.tif 000020
【図１５】
2004007820.tif 000021
【図１６】
2004007820.tif 000022
【図１７】
2004007820.tif 000023
【図１８】
2004007820.tif 000024
【図１９】
2004007820.tif 000025
【図２０】
2004007820.tif 000026
【図２１】
2004007820.tif 000027
【図２２】
2004007820.tif 000028
【図２３】
2004007820.tif 000029
【図２４】
2004007820.tif 000030
【図２５】
2004007820.tif 000031