特許 6261112 イメージセンサーユニット及び画像読取装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6261112

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】イメージセンサーユニット及び画像読取装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 1/04 20060101AFI20180104BHJP

   H04N 1/028 20060101ALI20180104BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20180104BHJP

   G03B 27/54 20060101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   H04N1/04 101

   H04N1/028 Z

   G06T1/00 430F

   G03B27/54 A

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-153062(P2013-153062)

(22)【出願日】2013年7月23日

(65)【公開番号】特開2015-23560(P2015-23560A)

(43)【公開日】2015年2月2日

【審査請求日】2016年7月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000208743

【氏名又は名称】キヤノンファインテックニスカ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098589

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 善章

(74)【代理人】

【識別番号】100098062

【弁理士】

【氏名又は名称】梅田 明彦

(74)【代理人】

【識別番号】100131196

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 武信

(72)【発明者】

【氏名】加賀美 有一

(72)【発明者】

【氏名】荻野 浩二

【審査官】 橋爪 正樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−０９８９６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ １／０２４− １／２０７

Ｇ０６Ｔ １／００

Ｇ０３Ｂ２７／５０ −２７／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原稿面を照明する照明装置と、
受光センサーと、
前記原稿面からの反射光を前記受光センサーに結像させるロッドレンズアレイと、を備え、
前記照明装置からの照明光の光軸が、前記ロッドレンズアレイの光軸に沿って前記原稿側の焦点深度の範囲で、前記ロッドレンズアレイに最も近い前記原稿面の位置Ａと、前記ロッドレンズアレイから最も遠い前記原稿面の位置Ｂとの間を通過し、
前記位置Ａから前記位置Ｂまでの全範囲で前記照明光の照度が、前記照明光の光軸と前記ロッドレンズアレイの光軸との交点位置Ｃにおける前記照明光の照度に対して所定の範囲内にあり、
前記照明光の光軸よりも前記ロッドレンズ側に出射される前記照明光の部分が、隣接する前記ロッドレンズアレイによって部分的に遮光され、かつ、
前記照明光の照射範囲が、前記照明光の照射方向から前記位置Ａを超えないように前記照明光が配向される、
ことを特徴とするイメージセンサーユニット。

【請求項2】

前記ロッドレンズアレイは、屈折率がその中心軸から外周に向けて連続的に低下する屈折率分布を有する複数の柱状のロッドレンズを、それらの中心軸を平行にして少なくとも１列に配列したものであって、
前記各ロッドレンズが、それぞれ光軸方向に沿って入射側端部領域の中心屈折率と出射側端部領域の中心屈折率とが等しく、かつ前記入射側端部領域と前記出射側端部領域との間の中間領域の中心屈折率が前記入射側端部領域と前記出射側端部領域の中心屈折率より高くなる屈折率の分布特性を有する、請求項１に記載のイメージセンサーユニット。

【請求項3】

原稿を載せるためのプラテンガラスと、請求項１又は２に記載のイメージセンサーユニットと、を備え、
前記イメージセンサーユニットにおける前記原稿面の位置Ａが、前記プラテンガラスの原稿載置面により画定される画像読取装置。

【請求項4】

前記ロッドレンズアレイは、前記ロッドレンズアレイの前記原稿側の焦点位置が前記プラテンガラスの上方に設定される位置に配置され、
前記照明装置は、前記照明光の光軸が前記焦点位置と交差するように配向された、請求項３に記載の画像読取装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イメージスキャナー等の画像読取装置や他の様々な光学デバイスに使用されるイメージセンサーユニット、及びこれを備えた画像読取装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナー、プリンター等の画像読取装置や他の様々な光学デバイスには、原稿の画像を光学的に読み取って電気信号に変換するために、等倍結像光学系の密着型イメージセンサー（ＣＩＳ）が広く使用されている。ＣＩＳは、２枚の基板の間に多数の円柱状のロッドレンズを、それらの中心軸を互いに平行にして１列又は２列以上に配列したロッドレンズアレイを備える（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

ロッドレンズは、その中心軸から外周に向けて屈折率が連続的に低くなる屈折率分布を持つように設計される。ロッドレンズは当初、ロッド状のガラス材料を紡糸成形し、イオン交換処理又は陽イオンの熱相互交換により屈折率分布を付与して製造されるガラス製レンズが主流であった（例えば、特許文献２を参照）。

【0004】

現在は、比較的低コストで、屈折率分布を精密に制御できるプラスチック製ロッドレンズが多く採用されている（例えば、特許文献３を参照）。

【0005】

等倍光学系のロッドレンズは、縮小光学系のレンズに比べて、焦点深度が小さいという特徴がある。そのため、写真フィルムのような透明原稿をガイド手段等でプラテンガラス上面から僅かに浮かせて設置したとき、焦点がぼやけてしまう虞があった。そこで、通常の印刷物のような反射原稿用と透明原稿用に、焦点位置が異なる２列のレンズアレイ及びそれらに対応した２列の画像読み取り素子アレイを備えた画像読取ユニットが提案されている（例えば、特許文献４を参照）。

【0006】

更に、原稿面の凹凸や浮き等による原稿面上の照射光量の変動を抑制するために、ロッドレンズアレイの両側に２つの照明装置を対向配置したイメージセンサーユニットが知られている（例えば、特許文献４を参照）。このイメージセンサーユニットは、レンズアレイの原稿側焦点を挟んで、一方の照明装置の光軸とレンズアレイの光軸との交点を遠い側に、他方の照明装置の光軸とレンズアレイの光軸との交点を近い側に、それぞれレンズアレイの有効被写界深度ａに対してａ／２以下の距離に配置し、レンズアレイの光軸に沿って有効被写界深度ａの範囲内で各照明装置の光量変動を１０％以内に設定して、高い照射光量と読取り光量の変動抑制とを図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１２−２４４３４４号公報

【特許文献2】特開平１０−１３９４７２号公報

【特許文献3】特開２０１２−７８７５０号公報

【特許文献4】特開２００４−１２６２８４号公報

【特許文献5】再表２００５−１２６２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

基本的に、上記光学デバイスには小型化の強い要求があり、同様にＣＩＳも、原稿等の被写体と像との距離即ち結像距離を短くして小型化を図ることが要求されている。他方、ＣＩＳは、原稿の浮き等によって原稿面とロッドレンズとの距離が多少変動しても鮮明な画像を読み取れるように、ロッドレンズの焦点深度をできるだけ深く設定することが必要である。

【0009】

特許文献４記載の画像読取ユニットのように、焦点位置が異なる各２列のレンズアレイと画像読み取り素子アレイとを組み込むと、第一に装置全体が大型化複雑化し、部品点数が増加し、かつ高価格になる。しかも、いずれの列のレンズアレイも焦点深度は小さいままで何ら変わらないから、原稿の折れ等による原稿面の浮き量の変動に対応することはできない。

【0010】

図７は、正立等倍結像系における従来のロッドレンズの結像を模式的に示している。同図において、ロッドレンズ１は、半径ｒ₀一定、レンズ長Ｚ₀の円柱状レンズで、その入射端及び出射端に平坦に研磨された入射面２及び出射面３を有する。ロッドレンズ１は、その屈折率が中心軸における屈折率Ｎ1から半径方向に向けて連続的に低下している。原稿面４上の点像Ｐ0から出た光は、ロッドレンズ１の入射面２から入射して、該ロッドレンズ内を光軸方向に一定の周期で蛇行して進み、出射面３から出射して、受光素子の受光面５上に点像Ｉ0を結像する。ここで、点像Ｐ0と入射面２との距離即ち作動距離Ｌ0は、点像Ｉ0と出射面３との距離に等しい。

【0011】

ロッドレンズ１の焦点深度は、開口数に反比例し、開口数は、中心の屈折率Ｎ1、屈折率分布定数、及びレンズ半径ｒ₀に比例する。従って、中心の屈折率Ｎ1及び屈折率分布定数が一定の場合、焦点深度を深くするためには、レンズ半径ｒ₀を小さくしなければならない。しかし、レンズ半径ｒ₀を小さくすると、ロッドレンズアレイの作製上取り扱いや加工が難しくなるだけでなく、ロッドレンズ１の明るさが開口数の２乗に比例して急激に低下するため、画像の読み取り性能が低下する虞がある。

【0012】

また、ロッドレンズ１の作動距離Ｌ0は、レンズ長Ｚ₀に対し正接に変化し、中心の屈折率Ｎ1及び屈折率分布定数の平方に反比例する。そのため、中心の屈折率Ｎ1及びレンズ半径ｒ₀を一定にして、屈折率分布定数を小さくすると、レンズ長Ｚ₀が一定の場合、作動距離Ｌ0が長くなる。その結果、ロッドレンズ１の共役長（物像間距離＝Ｚ₀＋２Ｌ0）が長くなり、光学系全体の長さが長くなるので、ロッドレンズアレイ及びこれを備えたイメージセンサーの小型化を図ることはできない。そこで、レンズ長Ｚ₀を短くして、作動距離Ｌ0を長くしないようにすると、ロッドレンズ１の視野半径が小さくなる。そのため、周期的な光量むらを発生させる虞があるので、好ましくない。

【0013】

そこで、本願発明者らは、屈折率がその中心軸から外周に向けて連続的に低下する屈折率分布を有する複数の柱状のロッドレンズを、それらの中心軸を平行にして少なくとも１列に配列し、各ロッドレンズが、それぞれ光軸方向に沿って入射側端部領域の中心屈折率と出射側端部領域の中心屈折率とが等しく、かつ中間領域の中心屈折率が両端部領域の中心屈折率より高くなる屈折率の分布特性を有するロッドレンズアレイを案出した。このような屈折率分布を付与することによって、ロッドレンズの中間領域では、光が両端部領域よりも短い周期で蛇行して進むので、光路長が実質的に長くなる。従って、ロッドレンズの光軸方向のレンズ長が同じであっても、従来のロッドレンズに比して焦点深度を深く設定することができる。

【0014】

このように焦点深度の深いロッドレンズアレイを使用すると、原稿の浮き等により原稿面とロッドレンズとの距離が従来より大きく変動しても、鮮明な画像が読み取り可能になる。その反面、原稿面における照明光の照度が変動すると、原稿面からの反射光の光量が変動するので、出力画像に濃度変動を発生させ易くなる虞がある。この濃度変動を抑制又は解消するためには、原稿面における照明光の照度が常に安定して十分な大きさでなければならない。

【0015】

一般に拡散光の照度は、光源からの距離が長くなるほど低下するから、照明光は、できる限り原稿面に近い位置から照射することが好ましい。しかしながら、等倍結像光学系のＣＩＳは、ロッドレンズアレイの上方に照明系の光学部品を配置するスペースが無い。他方、照明光をロッドレンズアレイの側方から原稿面に対して斜めに浅い角度で照射した場合、照明光の光軸から周辺に離れるほどより大きな割合で照度が低下するので、高出力の光源が必要になる。高出力の光源は、その出射光が直接に又は原稿面以外に反射されてロッドレンズアレイに入射したり、大きな発熱等の不都合を生じる虞がある。

【0016】

特許文献５記載のイメージセンサーユニットは、焦点深度の深いロッドレンズアレイを使用した場合、２つの照明装置の光軸とレンズアレイの光軸との交点が、レンズアレイの光軸に沿ってレンズアレイの原稿側焦点から遠近両側に互いにより大きく離隔する。そのために、両照明装置の合成光量分布が各照明装置の光軸位置において先鋭になり、合成光量が焦点深度内で大きく変動する虞がある。

【0017】

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされてもので、その目的は、ロッドレンズアレイを用いて原稿画像を受光センサーに鮮明に結像させるために、ロッドレンズアレイの焦点深度の範囲に亘って原稿面を常に安定して十分な照度で照明することができるイメージセンサーユニット及び画像読取装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明によれば、原稿面を照明する照明装置と、受光センサーと、原稿面からの反射光を前記受光センサーに結像させるロッドレンズアレイと、を備え、照明装置からの照明光の光軸が、ロッドレンズアレイの光軸に沿って原稿側の焦点深度の範囲で、ロッドレンズアレイに最も近い前記原稿面の位置Ａと、ロッドレンズアレイから最も遠い原稿面の位置Ｂとの間を通過し、前記位置Ａから前記位置Ｂまでの全範囲で前記照明光の照度が、照明光の光軸と前記ロッドレンズアレイの光軸との交点位置Ｃにおける照明光の照度に対して所定の範囲内にあり、照明光の光軸よりもロッドレンズ側に出射される照明光の部分が、隣接するロッドレンズアレイによって部分的に遮光され、かつ、照明光の照射範囲が、照明光の照射方向から前記位置Ａを超えないように照明光が配向される、ことを特徴とするイメージセンサーユニットが提供される。

【0019】

このように照明光を配向することによって、焦点深度が深いロッドレンズを用いたイメージセンサーユニットにおいても、焦点深度の全範囲に亘って、鮮明かつ良好な画像を読み取りかつ出力するのに必要かつ十分な照度を常に安定して確保することができる。尚、照明光の光軸がロッドレンズアレイの光軸に沿って最も近い原稿面の位置Ａと最も遠い原稿面の位置Ｂとの間を通過するとは、該照明光の光軸が原稿面の位置Ａ又は位置Ｂを通過する場合を含まないものとする。

【0020】

本発明に係るイメージセンサーユニットは、これにより、照明光の光軸を原稿面に対してより大きい角度で立たせることができるので、照明光を原稿面に向けてより高い角度から照射でき、照明光の出射範囲をより狭く絞ることができる。その結果、照明装置の出力を抑制しつつ、原稿面を焦点深度の全範囲で要求される十分な照度で照明することができる。

【0021】

また、本発明によれば、原稿を載せるためのプラテンガラスと、上述した本発明のイメージセンサーユニットとを備え、該イメージセンサーユニットにおける原稿面の位置Ａがプラテンガラスの原稿載置面により画定される画像読取装置が提供される。これにより、原稿画像を常に安定して鮮明に読み取りかつ出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明のイメージセンサーユニットを備えたイメージスキャナーの概略斜視図である。

【図2】本発明のイメージセンサーユニットの構成を模式的に示す分解斜視図である。

【図3】（Ａ）図は照明装置の縦断面図、（Ｂ）図はそのIII-III線における導光体ロッドの断面図である。

【図4】ロッドレンズアレイを模式的に示す一部破砕斜視図である。

【図5】図４のロッドレンズの結像を説明する図である。

【図6】本発明のイメージセンサーユニットにおける照明装置の配置及び照明光の配向状態を説明する模式図である。

【図7】従来のロッドレンズの結像を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施態様について詳細に説明する。

【0024】

図１は、本発明による好適な本実施態様のイメージセンサーユニットを搭載したイメージスキャナーの概略斜視図である。本実施例のイメージスキャナー１０は、フラットベッド方式の画像読取装置であり、概ね矩形箱型の本体部１１と、前記本体部にその一端で図示しないヒンジにより開閉自在に取り付けられたプラテンカバー１２とを備える。

【0025】

本体部１１は、その上面に固定された大型矩形の透明ガラス板からなるプラテンガラス１３と、本発明による密着型イメージセンサーユニット１４とを備える。プラテンガラス１３の上面には、読み取り対象の原稿がその原稿面を下向きにして載置される。プラテンカバー１２を閉じると、その内面に設けた押圧部材１２ａによって、前記原稿面はプラテンガラス上面に密接する。

【0026】

イメージセンサーユニット１４は、プラテンガラス１３の直ぐ下側に配置され、その上面を前記プラテンガラスの下面に密接させて、保持部材１５によって保持されている。前記原稿の読み取り時、前記イメージセンサーユニットは、駆動モーター１６によりワイヤー１７等を介して駆動され、スライドシャフト１８に沿って原稿の読取方向即ち副走査方向に移動する。

【0027】

図２は、本実施態様のイメージセンサーユニット１４の基本的な構成を模式的に示している。イメージセンサーユニット１４は、照明装置１９と、ロッドレンズアレイ２０と、受光センサー２１とを備える。更にイメージセンサーユニット１４は、前記照明装置、ロッドレンズアレイ及び受光センサーを所定位置に装着保持するハウジング（図示しない）を有する。

【0028】

受光センサー２１は、センサー基板２２上にライン状に実装された多数の光電変換素子２３を有する。光電変換素子２３には、例えばＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサー等の固体撮像素子が使用される。ロッドレンズアレイ２０は、その下端の出射面を前記光電変換素子に整合させるように配置される。ロッドレンズアレイ２０は、受光センサー２１に一体に装着することもできる。照明装置１９から照射された照明光は、原稿２４の原稿面で反射されてロッドレンズアレイ２０上端の入射面に入射し、前記出射面から出射されて光電変換素子２３に結像する。

【0029】

照明装置１９は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、導光体ロッド２５と、前記導光体ロッドを保持するフレーム２６と、発光素子２７とを有する。導光体ロッド２５は、イメージセンサーユニット１４の読取ライン幅に対応した長さを有し、例えばガラス、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の高い透光性を有する透明材料で、全長に亘って一様な断面形状に形成されている。本実施態様の導光体ロッド２５は、図３（Ｂ）に示す概ね扇形断面を有し、上面に出射面２５ａを、それに対向する断面逆台形の短い底辺にあたる底面に光散乱面２５ｂを有する。出射面２５ａは、凸状湾曲面からなるレンズ面に表面加工されている。光散乱面２５ｂは、前記導光体ロッド内に導入された光を乱反射させるように、凹凸に加工されている。

【0030】

フレーム２６は、導光体ロッド２５の前記断面逆台形の部分に概ね対応する断面形状の溝を有するホルダー部２６ａを有し、両端部２６ｂ、２６ｃには、それぞれ導光体ロッド２５の端部を保持するために凹所が対向位置に設けられている。一方の端部２６ｂには、他方の端部２６ｃに向けて発光素子２７が装着され、他方の端部２６ｃの前記凹所内には、反射面２８が設けられている。導光体ロッド２５は、その前記断面逆台形部分をホルダー部２６ａの前記溝内に収容して、出射面２５ａを露出させるようにフレーム２６に装着される。導光体ロッド２５の各端部は、一方の端面２５ｃをフレーム端部２６ｃの前記凹所内の反射面２８に当接させ、他方の端面２５ｄをフレーム端部２６ｂ内の発光素子２７の出射面に近接させて配置する。

【0031】

発光素子２７には、例えばＬＥＤを用いられる。イメージスキャナー１０が白黒画像のみを出力する場合には、白色ＬＥＤが使用され、カラー画像を出力する場合には、ＲＧＢ３原色に対応して赤色、緑色及び青色のＬＥＤが使用される。これら３色のＬＥＤに代えて、白色ＬＥＤと赤色、緑色及び青色の光学カラーフィルターとを組み合わせて、カラー画像を読み取ることもできる。

【0032】

図３には、発光素子２７として唯１個のＬＥＤが描かれている。別の実施例では、フレーム２６の端部２６ｂに複数のＬＥＤを配置することができる。また、前記フレームの反対側の端部２６ｃにも、反射面２８に代えて、ＬＥＤを配置することができる。当然ながら、発光素子２７には、ＬＥＤ以外に、有機又は無機ＥＬ（エレクトリックルミネッセンス）やＬＤ（レーザダイオード）等の様々な公知の発光素子を採用することができる。

【0033】

図３の照明装置１９において、発光素子２７から発した光は、導光体ロッド２５内に端面２５ｄから導入され、その内面で反射しながら長手方向に導光される。反対側の端面２５ｃに至った光は、反射面２８で反射され、同様に導光体ロッド２５内を長手方向逆向きに導光される。フレーム２６を白色にすると、ホルダー部２６ａの前記溝内や両端部２６ｂ、２６ｃにおいて導光体ロッド２５から外部に漏れる光を反射して、前記導光体ロッド内部に戻すことができ、光の損失が低減する。

【0034】

光散乱面２５ｂで反射された光は、出射面２５ａへの入射角が所定の臨界角より小さいと、該出射面から外部に出射する。出射面２５ａへの入射角が前記所定の臨界角以上の場合、光は該出射面に反射されて導光体ロッド２５内に戻る。光散乱面２５ｂの前記凹凸を適当なピッチで形成することによって、導光体ロッド２５の全長に亘って一様な光量の照明光が出射面２５ａから照射される。

【0035】

図４は、イメージセンサーユニット１４に使用する線走査用のロッドレンズアレイ２０の構成を模式的に示している。ロッドレンズアレイ２０は、多数のロッドレンズ３０を２枚の基板３１，３２とスペーサー３３，３４との間に、前記各ロッドレンズの中心軸が互いに平行となるように、イメージセンサーユニット１４の主走査方向に沿って配列した１つのロッドレンズ列を備える。ロッドレンズ３０と基板３１，３２及びスペーサー３３，３４との隙間は、例えば熱硬化性の黒色シリコン樹脂３５が充填され、それにより前記ロッドレンズを接着固定している。

【0036】

本実施態様において、隣接するロッドレンズ同士３０は互いに密接するように配置されているが、別の実施例では、一定の隙間を空けて配置することもできる。また、前記ロッドレンズ列は、２列又はそれ以上の複数列に配列することもできる。

【0037】

更に、２枚の基板３１，３２は、ロッドレンズ３０の軸線方向に沿ってその出射側に所定の長さ延長させることができる。この基板３１，３２の延長部分３１ａ，３２ａの長さは、例えばロッドレンズ３０の作動距離に合わせて設定する。これにより、図２においてロッドレンズアレイ２０を受光センサー２１に対して位置決めする際に、前記基板の延長部分３１ａ，３２ａの下端をセンサー基板２２の上面に当接させることによって、より高精度に光電変換素子２３に整合させることができる。また、センサー基板２２の上面に凹所を設け、該凹所に延長部分３１ａ，３２ａの下端を挿入することによって、高さ方向だけでなく、平面方向にも位置決め精度を高めることができる。

【0038】

ロッドレンズ３０は、中心軸即ち光軸に沿って半径ｒ1の一様な円形断面を有し、前記光軸に直交する両端面を平坦に研磨した円柱状レンズである。各ロッドレンズ３０は、その屈折率が中心軸から外周に向けて連続的に低下する屈折率分布を有する。更に、本実施態様のロッドレンズ３０は、その屈折率が光軸方向に沿って連続的に変化する屈折率の分布特性を有する。

【0039】

また、ロッドレンズ３０は、その円形断面の大きさや形状を軸線方向に沿って変化させることができる。更に、ロッドレンズ３０の断面形状は、例えば多角形や十字形など、円形以外の様々な形状にすることができる。

【0040】

図５に示すように、ロッドレンズ３０は、光軸方向に沿って入射側の端部領域Ｘ1と出射側の端部領域Ｘ2とが、中心軸の屈折率即ち中心屈折率が互いにＮ1で等しい同じ屈折率分布Ｑ1を有する。これに対し、それらの間の中間領域Ｘ3は、中心屈折率Ｎ2がＮ1より大きく、入射側及び出射側端部領域Ｘ1、Ｘ2とは異なる屈折率分布Ｑ2を有するように設計されている。これにより、原稿面２４ａ上の点像Ｐ1から反射された光は、ロッドレンズ３０の入射面３０ａから入射側端部領域Ｘ1を屈折率分布Ｑ1に従って蛇行して進み、中間領域Ｘ3に入ると、光は屈折率分布Ｑ2に従って蛇行して進む。更に、出射側端部領域Ｘ2を最初の屈折率分布Ｑ1に従って蛇行して進み、出射面３０ｂから出射して光電変換素子２３の受光面２３ａに点像Ｉ1を結像する。

【0041】

光軸方向の屈折率分布は、入射側及び出射側端部領域Ｘ1、Ｘ2と中間領域Ｘ3との間で屈折率が漸次変化するように設定することができる。別の実施例では、屈折率が入射側及び出射側端部領域Ｘ1、Ｘ2と中間領域Ｘ3との間で急峻に変化するように設定することができる。また、中間領域Ｘ3において、屈折率が光軸方向に沿って連続的に変化するように設定することができる。その場合、最大となる中心屈折率Ｎ2が、必ずしもロッドレンズ３０の光軸方向中央位置でなくてもよい。

【0042】

上述したように光軸方向の屈折率分布を付与することによって、入射側端部領域Ｘ1及び出射側端部領域Ｘ2を光軸方向に蛇行する光の周期は等しい。これに対し、中間領域Ｘ3を光軸方向に蛇行する光の周期は、入射側及び出射側端部領域Ｘ1、Ｘ2よりも短くなる。ここで、点像Ｐ1と入射面３０ａとの距離即ち作動距離Ｌ1は、点像Ｉ1と出射面２５ｂとの距離に等しい。

【0043】

これを図７の従来のロッドレンズ１と比較する。両ロッドレンズ１，３０は、そのレンズ半径ｒ0、ｒ1が同一で、焦点深度が同じである、即ち作動距離Ｌ0、Ｌ1が等しいと仮定する。本実施態様のロッドレンズ３０は、中間領域Ｘ3の長さが、従来のロッドレンズ１の対応する中間領域よりも短くなるので、その分、レンズ長Ｚ1が従来のロッドレンズ１のレンズ長Ｚ0よりも短くなる。その結果、ロッドレンズ３０は、同じ焦点深度を維持しつつ、その共役長（＝Ｚ_１＋２Ｌ1）が従来のロッドレンズ１よりも短くなるので、ロッドレンズアレイ２０及びイメージセンサー１４の小型化を図ることができる。また、レンズ半径が同一であるから、画像の読み取り性能が低下する虞は無い。

【0044】

ロッドレンズ３０は、従来技術を利用して製造することができる。例えば、ゲルマニウムドープ石英ガラス材料で製造する場合、屈折率分布を付与するために照射する紫外光の強度を光軸方向に沿って変化させることによって、光軸方向に異なる屈折率分布を付与しえることが知られている。また、プラスチック材料の場合、高分子材料に照射するレーザ光の集光領域を調節することによって、光軸方向に屈折率を変化させ得ることが知られている。

【0045】

図６は、イメージセンサーユニット１４における照明装置１９の配置及び原稿面２４ａに照射する照明光の配向状態を示している。ロッドレンズアレイ２０は、ロッドレンズ３０の光軸３０ｃをプラテンガラス１３の上面と直交させ、かつ焦点位置をプラテンガラス１３上面より僅か上方に設定して配置される。

【0046】

図５のロッドレンズ３０からなるロッドレンズアレイ２０を用いることによって、従来より大きい焦点深度ΔＬをプラテンガラス１３上面の上方に設定することができる。原稿２４は、ロッドレンズ３０の光軸３０ｃに沿って、該光軸とプラテンガラス１３上面とが交差する位置Ａと、プラテンガラス１３上面から焦点深度ΔＬの最深点の位置Ｂとの間で読み取ることによって、鮮明な出力画像を得ることが可能である。

【0047】

更に前記ロッドレンズアレイは、前記ロッドレンズの光軸３０ｃを受光センサー２１のセンサー基板２２の上面と直交させかつ光電変換素子２３に整合させて、その出射面２０ｂが前記光電変換素子から作動距離Ｌ1の高さとなるように配置される。ロッドレンズ３０の作動距離Ｌ1は従来よりも長いので、センサー基板２２の上方には、従来よりも大きい空間が確保される。

【0048】

本実施態様において、照明装置１９は、前記副走査方向にロッドレンズアレイ２０の片側（図中右側）に、導光体ロッド２５の出射面２５ａをプラテンガラス１３上面の位置Ａに向けて配置される。センサー基板２２の上方に確保された前記大きい空間を利用することによって、照明装置１９は、出射面２５ａから照射される照明光３６の光軸即ち照明軸３７をプラテンガラス１３に対してより大きい角度で立たせることが可能になる。また、照明装置１９をセンサー基板２２上に設けることも可能である。

【0049】

照明光３６は、照明軸３７が前記ロッドレンズの光軸３０ｃと、位置Ａと位置Ｂとの間の位置Ｃで交差するように配向される。ここで、位置Ａと位置Ｂとの間の位置Ｃとは、位置Ｃが位置Ａ又は位置Ｂと一致する場合を含まないことを意味している。そして、照明光３６が常に位置Ａ及び位置Ｂを照射範囲に含むように、かつ位置Ａから位置Ｂまでの焦点深度ΔＬの全範囲で所望の十分な照度が得られるように、照明装置１９の設定条件を決定する。この設計条件には、例えば発光素子２７の出力や特性、導光体ロッド２５及び出射面２５ａの光学性能、照明装置１９の構造や各構成要素の配置等が含まれる。

【0050】

ロッドレンズ３０の光軸３０ｃに沿って、照度分布が焦点深度ΔＬの範囲で急激に変化すると、原稿の濃度（反射率）が一様であっても、原稿２４がプラテンガラス１３上面に十分に密着していなければ、受光センサー２１で得られる出力が変化し、出力画像は副走査方向にムラがあるものになる。これは、焦点深度ΔＬの全範囲で照度の変化量を一定の範囲に収めることによって、解消することができる。

【0051】

照明光３６は拡散光であり、その照度は一般に照明軸３７上をピークとして、該照明軸から外縁に向けて離れるに連れて減衰する。そのため、照明軸３７をプラテンガラス１３上面の位置Ａではなく、上述したように位置Ａと位置Ｂとの間の位置Ｃに合わせて照明光３６を配向することによって、実際に焦点深度ΔＬの範囲全体として照度分布の変動をより少なくすることができる。本実施態様では、位置Ａと位置Ｂとの間における照度分布の変動幅を、照明軸３７上の位置Ｃにおける照度を１００％として、±５％に設定することが好ましい。

【0052】

通常、画像読取装置のシェーディング補正は、基準となる白基準板をプラテンガラス上面に配置して行う。実際に大量生産可能な製品として使用されている白基準板は、反射率が９０％〜９５％であるから、この白基準をフルレンジとしてシェーディング補正を行うと、それより反射率の高い原稿は、読取データの出力が全て白側に飽和してしまう。また、前記白基準をフルレンジとしてシェーディング補正を行った後に、照明光の光源の周辺温度が変化して照度が高くなると、白基準と同じ反射率の原稿は、同様に、読取データの出力が全て白側に飽和してしまう。これらの不都合を回避するために、通常は、白基準から得られる読取データの出力に対して、フルレンジの９０％程度を目標に、２５５×０．９≒２３０階調の出力が得られるようにシェーディング補正を行う。

【0053】

本実施態様では、上述したように、シェーディング補正を行う白基準が配置されるプラテンガラス１３上面の位置Ａの照度は、照明軸３７上の照度に対して±５％の範囲内である。位置Ａの照度が最小値の９５％であったとすると、プラテンガラス１３上面で得られる読取データの出力は、照明軸３７上の位置Ｃにおける出力の９５％である。ここで、プラテンガラス１３上面で白基準から得られるデータに対して、フルレンジの９０％を目標にシェーディング補正を行い、プラテンガラス１３上面の位置Ａで実際の原稿を読み取った後、原稿が照明軸３７の位置Ｃまで浮き上がったと仮定する。このとき、位置Ｃから読み取られるデータの出力は、位置Ａで読み取ったデータとの間に＋５％の差が生じる。この差は、２３０×０．０５≒１２階調である。位置Ｃで読み取られる原稿がプラテンガラス１３上面の前記白基準と同じ反射率を有する場合、その出力は、２３０＋１２＝２４２階調であり、白側に飽和することはない。また、基準となる出力に対して、１２諧調の出力差は、一般的なスキャナ−に要求される出力バラツキの許容範囲内である。

【0054】

更に、位置Ａの照度を位置Ｃにおける照度の９５％とし、かつ位置Ｂの照度が最大値の１０５％である場合を考える。同様にプラテンガラス１３上面の位置Ａで実際の原稿を読み取った後、原稿が焦点深度の最深点の位置Ｂまで浮き上がったと仮定する。このとき、位置Ｂから読み取られるデータの出力は、位置Ａで読み取ったデータとの間に＋１０％の差が生じる。この差は、２３０×０．１０＝２３階調である。位置Ｂで読み取られる原稿がプラテンガラス１３上面の前記白基準と同じ反射率を有する場合、その出力は、２３０＋２３＝２５３階調であるから、この場合にも、白側に飽和することはない。

【0055】

本実施態様では、位置Ａと位置Ｂ間における照度分布の変動幅を照明軸３７上の位置Ｃにおける照度の±５％に設定したが、本発明は、これに限定されるものではない。位置Ａと位置Ｂ間における照度分布は、例えばイメージスキャナー１０の設計仕様、使用条件、イメージセンサーユニット１４を構成するロッドレンズアレイ２０、受光センサー２１の性能や特性等に応じて、例えば照明軸３７上の照度の９０％、８５％又は±１０％など、適当な範囲に設定することができる。

【0056】

一般に拡散光は、照度が照明軸上をピークとして、外縁側に離れるに連れて減衰し、外縁部分で大きく低下する。上述したように、本実施態様の照明光３６も拡散光であるから、出射面２５ａからの出射範囲を絞り過ぎると、位置Ａ及び／又は位置Ｂで所望の照度を確保することが難しくなる虞がある。従って、照明光３６の出射面２５ａからの出射範囲は、位置Ａ及び位置Ｂよりも幾分外側の領域を含むように設定することが好ましい。

【0057】

このとき、図６に示すように、照明光３６の照明軸３７よりもロッドレンズアレイ２０側の部分３６ｂが、隣接するロッドレンズアレイ２０の側壁で部分的に遮光され、かつその照射範囲がプラテンガラス１３上面で位置Ａを図中左側に、即ち前記照明光の照射方向と反対向きに超えないように配向する。これにより、照明軸３７をプラテンガラス１３に対してより大きい角度で立たせるように配置することができる。その結果、照明光３６を原稿面２４ａに向けてより高い角度から照射できるから、照明光３６の出射範囲をより狭く絞ることが可能になる。それにより、照明装置１９は、光源である発光素子２７の出力を抑制しつつ、原稿面を焦点深度の全範囲で常に安定して要求される十分な照度で照明することができる。

【0058】

別の実施態様では、イメージセンサーユニット１４は、同じ構成を有する２つの照明装置１９を備えることができる。この場合、ロッドレンズアレイ２０を挟んで副走査方向の両側にそれぞれ１つの照明装置１９を対称に配置する。これにより、各照明装置１９を低出力で小型のものにしつつ、焦点深度の全範囲で鮮明な画像の読み取り及び出力に必要かつ十分な照度を確保することができる。

【0059】

また、上記実施態様のイメージスキャナーは、ロッドレンズ及び光電変換素子を１列に配置して原稿を１次元の画像として読み取るラインセンサーであるが、これに限定されるものではない。本発明は、光電変換素子を複数列配置して、原稿を２次元の画像として読み取る面センサーにも、同様に適用することができる。

【0060】

以上、本発明を好適な実施態様に関連して説明したが、本発明は上記実施態様に限定されるものでなく、その技術的範囲において、様々な変更又は変形を加えて実施し得ることは言うまでもない。例えば、前記照明装置及び導光体ロッドは、従来から様々な構造のものが提案されており、原稿の読取幅に沿って一様な光量の照明光を照射し得るものであれば良い。

【符号の説明】

【0061】

１０ イメージスキャナー
１１ 本体部
１２ プラテンカバー
１４ イメージセンサーユニット
１９ 照明装置
２０ ロッドレンズアレイ
２１ 受光センサー
２２ センサー基板
２３ 光電変換素子
２４ａ 原稿面
２５ 導光体ロッド
２５ａ 出射面
２６ フレーム
２７ 発光素子
３０ ロッドレンズ
３０ｃ 光軸
３１、３２ 基板
３３、３４ スペーサー
３６ 照明光
３７ 照明軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】