JPWO2009011153A1 - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、被写界深度が大きく、かつ小型である画像読取装置を提供する。このような画像読取装置は、複数個のセル（１３）と、各セルに対応して位置し、結像された像を撮像する撮像素子（８）とを有する。各セルは、第１焦点距離（ｆ１）を有する第１レンズ（３）と、第１レンズから第１焦点距離にて位置するアパーチャー（５）と、第１焦点距離よりも小さい第２焦点距離（ｆ２）にて撮像素子に対して位置する第２レンズ（４）とを有する。

Description

本発明は、コピー機等に用いられる画像読取装置に関する。

コピー機、スキャナ、ファクシミリ等にて使用されている、一次元撮像素子を用いて読み取り位置における画像をスキャンすることによって画像全体を読み取る画像読取装置には、大きく分けて２種類の方式がある。尚、一般的に、一次元撮像素子が配列されている方向を主走査方向と呼び、スキャンする方向を副走査方向と呼ぶ。

２種類の方式のうちの一方は、単眼のレンズにて主走査方向の画像全体を撮像素子上に縮小転写する方式であり、コピー機にて、おもて面の読み取りに主に用いられている。この方式では、通常、原稿側に位置する撮像素子やレンズは固定され、ミラーのみが副走査方向に移動され、原稿全体がスキャンされる。この方法では、原稿側の焦点深度（被写界深度という）が数ｍｍ程度、例えば６ｍｍなど、と大きいので、コピー機の原稿読み取り面に対し、原稿が密着していなくても原稿を読み取れるという利点がある。例えば本の綴じ目のような、原稿読み取り面に密着させることができない場合でも、焦点ぼけなく読み取れるという利点があることから、コピー機のおもて面読み取りには、主にこの方式が用いられてきた。この方式に派生したさまざまな特許文献があるが、例えば特許文献１を挙げる（従来法１と呼ぶ）。

上記２種類の方式の内の他方の方式は、主走査方向の画像を複数に分割して複眼レンズで画像を読み取る方式であり、密着型イメージセンサと通常呼ばれる。この方式は、コピー機の裏面読み取りや、ファクシミリの原稿読み取り、紙幣の認識センサ、パーソナルコンピュータ用のスキャナなどに用いられ、小型であることを特徴とする。この密着型イメージセンサの光学系として、現在主流となっている従来技術は、例えば特許文献２に開示されている。ここでは、複眼レンズ（文献中では、ロッドレンズアレイ）として、半径方向に、ある関数で規定される屈折率の分布をもつロッドレンズを複数本並べてアレイ化したものを用いて、正立等倍像を得るイメージ読取装置が開示されている（従来法２と呼ぶ）。

密着型イメージセンサの光学系の中で代表的な方式のもう一つの例として、例えば特許文献３に開示されている方式がある。この方式では、主走査方向に分割されたセル毎に設置されているレンズにより、セルに対応する領域の画像が縮小転写されて、撮像素子に結像する。セル毎に設置されている撮像素子の出力信号を画像合成することにより、原稿面の画像が復元される（従来法３と呼ぶ）。

また、上述した２つの代表的な方式ではないが、反射ミラーを用いた構成が特許文献４に開示されている。該特許文献４に記載する原稿読み取り装置は、原稿面をレンズアレイで転写して像を撮像素子で読み取るのではなく、原稿の極近傍に設置した撮像素子で原稿の画像を直接読み取る方式に属する。該原稿読み取り装置では、原稿面からの反射光を、薄い透明基板内を伝播させ、凹面ミラーによって撮像素子に集光している。特許文献４の図２からも明らかなように、凹面ミラーは、シリンドリカル形状であり、主走査方向の結像作用を有しない（従来法４と呼ぶ）。

特開平１０−３０８８５２号公報 特開平８−２０４８９９号公報 特開平５−１４６００号公報 特開平３−９９５７６号公報（Ｐ２、（ハ）欄）

従来法１に関しては、上述したように被写界深度が大きいというメリットがあるが、光学系が大型化してしまうという問題がある。また、ミラーを移動する際に原稿面からレンズまでの光路が変化しないようにするために、光路途中の複数のミラーの移動速度を制御しなければならず、及び、これらのためにコストがかかる、という問題がある。

従来法２に関しては、小型で低コストであるというメリットがあるものの、被写界深度が小さいという問題、色収差が大きいという問題がある。
従来法３に関しては、被写界深度を大きくする場合、装置が大型化するという問題、色収差が大きくなるという問題がある。
従来法４に関しては、原理的に被写界深度を大きくできないという問題がある。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、被写界深度が大きく、かつ小型である画像読取装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における画像読取装置は、撮像対象である被撮像物を照明するための照明装置と、上記被撮像物を結像する複数の結像光学系と、上記結像光学系に対応して位置し、結像された像を撮像する撮像素子と、上記撮像素子で得られた画像から元の被撮像物を復元する画像処理装置と、を備えた画像読取装置において、上記複数の結像光学系は、被撮像物に対する主走査方向に沿って互いに隣接して位置し、上記被撮像物を反転縮小して結像し、かつ、それぞれの上記結像光学系は、上記被撮像物から上記撮像素子に向かって配置される、第１焦点距離を有する第１光学素子と、上記第１光学素子の後側の焦点位置に位置するアパーチャと、上記アパーチャの後側に上記第１焦点距離よりも小さい第２焦点距離をもつ第２光学素子とを有することを特徴とする。

又、それぞれの上記結像光学系は、上記被撮像物から上記撮像素子に向かう光路内に、光路を折り曲げるミラーをさらに有するように構成してもよい。

又、上記アパーチャは、開口部に光路を折り曲げるミラーを有するように構成してもよい。

又、上記第１光学素子及び上記第２光学素子の少なくとも一方は、反射型のミラーレンズであってもよい。

上記第１光学素子及び上記第２光学素子の少なくとも一方は、隣接する結像光学系間で一体的に成形されてもよい。

上記アパーチャは、開口部の大きさが異なるアパーチャと交換可能なように構成することができる。

それぞれの上記結像光学系は、隣接する上記第２光学素子間に配置される遮光板をさらに有するように構成してもよい。

上記結像光学系における縮小倍率は、上記各結像光学系において同じであり、０．８５から０．６倍であるように構成することができる。

本発明の第１態様における画像読取装置によれば、複数個の結像光学系と、撮像素子とを備え、各結像光学系は、被撮像物から撮像素子に向けて、第１光学素子、アパーチャ、第２光学素子の順で配置される。ここで、第１光学素子とアパーチャとは、第１光学素子の第１焦点距離にて配置されている。つまり、被撮像物側において結像光学系は、テレセントリック光学系にて構成されている。よって、被撮像物の各点から発せられた主光線、すなわち、各結像光学系の入射瞳の中心を通る光線は、被撮像物面に垂直になる。このため、被撮像物面の位置が変化しても転写倍率が変わらないので、被写界深度を大きくできる効果が得られる。

さらに、上記結像光学系は、第２光学素子における第２焦点距離を、第１光学素子の第１焦点距離よりも小さく設定し、被撮像物を反転縮小して結像する。よって、画像読取装置を小型化することができる。又、隣接する結像光学系において画像が重なることがない。元の被撮像物を復元するには、各結像光学系で撮像された像を画像処理によって合成すればよい。すなわち、縮小光学系であることから、各結像光学系で倒立する像が得られても像が重なり合うことがないという効果が得られる。さらには、各結像光学系間のレンズの製造誤差、組み立て誤差等で各結像光学系間での像の位置ずれが発生しても、画像処理上の補正によりずれのない正立像を復元することが可能であり、光学系全体の製造誤差を緩和できるという効果もある。

本発明の実施の形態１における画像読取装置の概略構成を示す図である。 図１に示す画像読取装置の光学系の構成図である。 図２に示す画像読取装置において原稿面が移動した場合の状態を示す図である。 図２に示す画像読取装置において撮像素子面上の主走査方向の光強度分布を示すグラフである。 図２に示す画像読取装置における撮像素子の構成の一例を示す図である。 図２に示す画像読取装置における撮像素子の構成の他の例を示す図である。 本発明の実施の形態２における画像読取装置の光学系の構成図である。 図７に示す画像読取装置に備わる透過型の第１及び第２のレンズアレイの斜視図である。 図７に示す画像読取装置に備わるアパーチャアレイの平面図である。 本発明の実施の形態３における画像読取装置の光学系の構成図である。 本発明の実施の形態４における画像読取装置の光学系の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態６における画像読取装置の光学系の構成図である。

符号の説明

１ 原稿面、３ 第１レンズアレイ、４ 第２レンズアレイ、
５ アパーチャアレイ、８ 撮像素子、１３ セル、
１０１〜１０６ 画像読取装置、
１２０，１２１ 折り返しミラー、
１２３ 第１ミラーレンズアレイ、１２４ 第２ミラーレンズアレイ、
１２５ 反射型アパーチャアレイ、１２５ａ 開口部、１２９ 遮光壁、
２００ 照明装置、２０１ 画像処理装置。

本発明の実施形態である画像読取装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による画像読取装置１０１に備わる後述するセル１３の内の一つにおける概略構成の一例を示している。図２は、画像読取装置１０１の構成の原理を示す平面図である。該画像読取装置１０１は、大別して、結像光学系の機能を果たす一例に相当するセル１３と、それぞれのセル１３に対応して設けられる撮像素子８とを備え、又、以下に説明する各実施形態においても同様であり、撮像対象である被撮像物を照明するための照明装置２００が備えられている。それぞれのセル１３は、上記被撮像物を反転縮小して結像する光学系であり、上記被撮像物に対する主走査方向、つまり図２に示すＸ方向に沿って互いに隣接して直線状に配置される。又、各セル１３は、第１光学素子の機能を果たすものの一例に相当する第１レンズ３、アパーチャ５、第２光学素子の機能を果たすものの一例に相当する第２レンズ４を有し、これらは、上記被撮像物から撮像素子８へ向かって、第１レンズ３、アパーチャ５、第２レンズ４の順に配置される。撮像素子８で取得された画像信号は、画像読取装置においては通常用いられる画像処理装置２０１に送られる。画像処理装置２０１で処理された画像信号は信号出力され、その画像を用いる装置で使用される。その画像を用いる装置とは、例えば、ディスプレイ、原稿書き込み装置、紙幣の真贋判定装置などが挙げられる。尚、以下では、上記被撮像物の一例として原稿面１における例えば文字を例に採る。さらに図を参照して、画像読取装置１０１について、より詳しく説明する。

それぞれのセル１３は、Ｘ方向において幅Ｍ１の大きさを有し、かつＸ方向に沿って、上記幅と同寸法にてなる距離Ｍ１の間隔（ピッチ）にて配列される。尚、図２では、Ｘ方向に、セル１３−１〜１３−４の４つのセルを配列した構成を図示するが、これに限定されず、画像読取装置１０１は、複数のつまり２以上のセル１３を有すればよい。

この原理構成を示す図２では、レンズは、近軸近似の成り立つ薄肉レンズを仮定して作図されている。すなわち、第１レンズ３及び第２レンズ４における前側と後側との主平面は、レンズの肉厚方向中心位置で一致しているものとする。又、第１レンズ３の焦点距離（第１焦点距離に相当）はｆ１であり、第２レンズ４の焦点距離（第２焦点距離に相当）はｆ２である。

原稿面１から一次元撮像素子８へ至る光路に沿って、原稿面１から第１レンズ３までの距離、より詳しくは、原稿面１から第１レンズ３の前側主平面までの距離Ｌ１は、おおよそ第１焦点距離ｆ１である。又、第１レンズ３からアパーチャ５までの距離、より詳しくは、第１レンズ３の後側主平面からアパーチャ５までの距離Ｌ２は、第１焦点距離ｆ１である。さらに、アパーチャ５から第２レンズ４までの距離、より詳しくは、アパーチャ５から第２レンズ４の前側主平面までの距離Ｌ３は、おおよそ第２焦点距離ｆ２である。又、第２レンズ４から一次元撮像素子８までの距離、より詳しくは、第２レンズ４の後側主平面から一次元撮像素子８までの距離Ｌ４は、おおよそ第２焦点距離ｆ２である。よって、原稿面１上の文字が結像する位置に、一次元撮像素子８が位置する。

尚、上述のように、上記主走査方向に沿って、各セル１３が配列されているので、それぞれのセル１３に備わる第１レンズ３、アパーチャ５、及び第２レンズ４は、主走査方向に沿ってアレイ状に配置される。よって、以下では、第１レンズアレイ３、アパーチャアレイ５、第２レンズアレイ４と記す場合もある。

又、一次元撮像素子８は、図５に示すように、基板上に、主走査方向（Ｘ方向）に連続して形成された受光領域９を形成したものでも良いし、図６に示すように、セル１３ごとに分割され、像が結像される領域のみに受光領域９を形成したものでも良い。図５に示す構成は、撮像素子８の組み立てが容易であるという利点があり、図６に示す構成では、撮像素子８を形成するシリコンの使用量が少なく、コスト低減が図れるという利点がある。

ここで、以下の説明を分かりやすくするために、具体的な数値を代入する。第１レンズ３及び第２レンズ４の焦点距離は、それぞれｆ１＝１２ｍｍ、ｆ２＝９ｍｍとする。よって、距離Ｌ２=１２ｍｍである。距離Ｌ１は必ずしもｆ１と等しい必要はないが、ここでは距離Ｌ１＝１２ｍｍとする。距離Ｌ３も同様にｆ２と等しい必要はないが、ここでは距離Ｌ３＝９ｍｍとする。このとき、距離Ｌ４＝９ｍｍである。また、主走査方向におけるセル１３の幅Ｍ１は、Ｍ１＝６ｍｍとする。又、アパーチャ５の開口形状は円形であるとし、その直径は、φ１．２ ｍｍとする。

図２における光学系では、原稿面１におけるある点列からの光線の軌跡も図中に示されている。この光線の軌跡を用いて、上述のように構成された画像読取装置１０１における光学系の特徴について、動作とともに説明する。

第一の特徴は、各セル１３毎に反転縮小光学系になっていることである。よって、撮像対象である被撮像物の大きさに比して小型の画像読取装置１０１を構成することが可能である。
即ち、原稿面１上の点列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅから発した光線は、撮像素子８の面上で点Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’，Ｅ’に結像する。ただし、原稿面１上で、セル１３の境界に存在する点Ａ及び点Ｅからの光線は、点Ａ”及び点Ｅ”にも結像する。第１レンズ３及び第２レンズ４の焦点距離の関係がｆ１＞ｆ２であるので、各セル１３の転写関係は、反転縮小である。上述の具体的数値による例の場合、縮小倍率は、ｆ２÷ｆ１＝０．７５倍である。

よって、原稿面１での画像情報は、結像面上では主走査方向（Ｘ方向）に０．７５倍に縮小反転した像として得られる。そのことを模式的に示したのが、符号１１を付した文字「あ」と、符号１２を付した文字「あ」である。原稿面１上における一つのセル１３内に文字「あ」１１が存在したとき、そのセル１３の撮像素子８では、文字「あ」１１が反転縮小された文字「あ」１２が得られる。このように、各セル１３は、縮小光学系を構成しているので、たとえセル１３毎に像が反転したとしても、各セル１３間にて像が互いに重なり合うことはなく、画像補正によって元の被撮像物を再生することができる。上記の画像補正は、画像処理装置２０１で処理される。

第二の特徴は、セル１３が被撮像物面側のテレセントリック光学系を構成していることである。これは、距離Ｌ２が第１焦点距離ｆ１と等しいことから導かれる結論で、アパーチャ５の開口部の中心を通る光線（主光線）は、原稿面１から垂直に発せられた光線である。つまり上記主光線と光軸とが平行になっている。このような構成では、図３に示すように、原稿面１が原稿面２１へ、光軸方向（Ｚ方向）にずれたとしても、転写倍率は０．７５倍のままで変わらない。結像面でのジャストフォーカス位置は、主走査方向には変動せず光軸方向（Ｚ方向）に変動するだけである。このようにテレセントリック光学系を構成することで、Ｚ方向に大きな被写界深度をもった光学系の設計が可能となる。

被写界深度の大きさは、光学系の開口数Ｆでほぼ決定される。例えば、上述の具体例の場合では、各セル１３の光学系の開口数ＦはＦ＝１０である。一般的なコピー機の解像度（画素密度）は６００ｄｐｉ、すなわち１画素４２μｍである。光学系に要求されるＭＴＦの値として、例えば空間周波数６ｌｐ／ｍｍでの値で３０％以上確保すること、という目安がある。上記Ｆ＝１０の場合、上記ＭＴＦの目安をクリアする被写界深度は、もちろん具体的なそれぞれのレンズ設計にて変動するが、あえて具体的数値を挙げると、±１ｍｍである。被写界深度は、アパーチャ５の開口部の直径を変えるだけで任意に設定でき、上記開口部の直径を小さくしてＦ値を大きくすれば、より大きな被写界深度を得ることも可能である。

よって、被写界深度を容易に変更可能とするため、画像読取装置１０１において、アパーチャ５を交換可能な構造を採用し、あるいは、アパーチャ開口部の大きさを可変とする構造を有するアパーチャを備えるようにしてもよい。尚、該構成は、以下に記載する各実施の形態においても採用することができる。

第三の特徴は、幅Ｍ１のセル１３が所定の間隔Ｍ１毎に隣接して直線状に配列されていることである。各セル１３の中心付近、例えば点Ｃから発する光線は、一つのセル１３内に配置された光学素子だけを通って撮像素子８上に結像する。一方、セル１３の境界部分における原稿面１からの光線、例えばセル１３−１とセル１３−２との境界における点Ａは、撮像素子８面上でセル１３−２に属する点Ａ’と、セル１３−１に属する点Ａ”に分離して結像される。つまり、第１レンズアレイ３上でセル１３−１に属する光線は、セル１３−１内の光路を通って点Ａ”に到達し、第２レンズアレイ４上でセル１３−２に属する光線は、セル１３−２内の光路を通って点Ａ’に到達する。点Ａの近傍の点の場合も、第１レンズアレイ３に到達する光線の割合に応じて、セル１３−１とセル１３−２とに光線が分配され、点Ａ’の近傍と点Ａ”の近傍とに結像する。

即ち、隣接するセル１３間での境界付近の画像は、撮像素子８面上では、隣接する二つのセル１３の画像として表れ、その光強度は、第１レンズアレイ３での光線の分配の割合に応じて小さなものになる。
仮に原稿面１に白い紙を置き、照明装置２００によって、一様な強度分布の照明光で照らしたとする。即ち、原稿面１上のどの点からも一様な強度の発光があるとする。このときの撮像素子８面上での強度分布は、あるセル１３における境界を原点にとると、図４のようになる。つまり、原稿面１上での各セル１３の幅Ｍ１＝６ｍｍは、撮像素子８面上では幅Ｍ２＝６×０．７５＝４．５ｍｍに縮小される。原稿面１上のセル境界に相当する位置の光強度は、セル１３の中心と比較して０．５である。幅Ｍ２の外で急に画像が消えるわけではなく、境界部に近づくにしたがって緩やかに強度が小さくなる。逆に、幅Ｍ２の内側であっても、境界部付近では光強度は完全に１ではない。図４に示すように、Ｍ２＝４．５ｍｍの幅を超えて、約５．２５ｍｍまで像が存在する。４．５ｍｍの幅を超えた両側０．３７５ｍｍずつの領域の像が、隣のセルの像のある部分と同じ画像を共有する。セルの単位は６ｍｍであるから、隣のセルとの間の像が存在しない領域は０．７５ｍｍであり、これはマージンである。

図４から分かることで重要なことは、セル１３の境界部で光強度がゼロに達していることである。即ち、隣接するセル１３における画像は、重なり合っていないことを意味している。このため、各セル１３により反転画像が得られても、各セル１３の画像を反転させて境界部を重ね合わせてもゴーストのない画像を得ることができる。さらに、光強度の弱い境界部に相当する画像を互いに重ね合わせることで、単一セル１３では境界部で光強度の弱い画像になってしまっていても、元の光強度を復元することができる。

縮小倍率を０．７５倍よりも小さくすればするほど、境界部で像が重ね合わさることを防ぐことができる。一方で、センサの一画素サイズも縮小倍率に合わせて小さくする必要がある。よって、撮像素子の受光感度が落ちてしまうという問題が生じる。つまり、原稿面で６００ｄｐｉの解像度を保つには、原稿面上では一画素４２μｍ相当であるが、撮像素子上では３１．５μｍになる。固体撮像素子は、一般に受光面以外に信号の転送路などの不感領域がある。その不感領域の幅は、撮像素子の画素サイズを縮小しても不変であるため、相対的に受光面の割合が小さくなる。言い換えると、撮像素子の開口率が小さくなる。そのため、縮小倍率を小さくし過ぎることは、受光感度の低下を招く不都合が生じる。受光感度が低くなると、照明強度を強くする必要が生じ、消費電力、コストでの不具合が生じる。

つまり、縮小倍率はマージンも考えると０．７５倍程度が最も望ましいということが言える。もちろん上述したようにマージン分をどれだけとるかによって、縮小倍率は０．７５倍の付近で変化させても良く、例えば０．８５倍から０．６倍の範囲に設定しても良い。その縮小倍率を変えるのは、第一焦点距離ｆ１と第二焦点距離ｆ２の割合を変えれば良い。

以上、説明したように、本実施形態１の画像読取装置１０１によれば、複数のセル１３で構成されるために小型であるという通常の密着型イメージセンサの特徴を有し、かつ、原稿面１の位置が光軸方向（Ｚ方向）に変動しても転写倍率が変わらず、被写界深度を大きくできるという、従来では見られない効果を奏することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２による画像読取装置１０２の構成を示す平面図である。紙面に垂直な方向が主走査方向であり、該方向に実施の形態１で説明したセル１３が並んでいる。つまり図７では、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ４は、アレイ形状には図示できないが、紙面垂直方向に複数個のレンズが並んだ構成を有する。図８に第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ４の斜視図を示す。又、アパーチャ５は、図７に示すｙ方向から見た図では例えば図９に示すような構成である。

実施の形態２による画像読取装置１０２では、照明装置２００が原稿面１を照射し、原稿面１での拡散反射光を読み取る光路の途中に、光路を折り曲げる折り返しミラー１２０、１２１が挿入されている。詳しくは、原稿面１と第１レンズアレイ３との間に折り返しミラー１２０が設けられ、第２レンズアレイ４と撮像素子８との間に折り返しミラー１２１が設けられている。尚、このような構成を有する画像読取装置１０２においても、上述した各距離Ｌ１〜Ｌ４は、維持される。撮像素子８で取得された画像信号は、画像処理装置２０１に送られ、実施の形態１で述べたのと同様な画像補正が行なわれる。

原稿面１側の被写界深度を大きくするには、焦点距離の大きなレンズを用いて、かつ光束を絞るためにアパーチャを挿入する構成を採る。しかしながら該構成によれば、光路長が長くなってしまう。これに対し、実施の形態２による画像読取装置１０２によれば、上述のように、折り返しミラー１２０、１２１を設けることで光路を折り返し、光学系を小型にすることができる。画像読取装置１０２では、図７に示すＺ方向、つまり原稿面１に垂直な方向における装置厚さを小さくすることができる。よって、実施形態１に比して、さらにコンパクトな画像読取装置を構成することができるという効果を奏する。
尚、実施の形態２による画像読取装置１０２も、光学系の基本構成は実施形態１の構成に同じであることから、実施形態１の画像読取装置１０１が奏する効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３による画像読取装置１０３の構成を示す平面図である。該画像読取装置１０３では、上述の実施の形態２における構成に加えて、アパーチャ１２５における開口部に、光路を折り曲げる折り返しミラー１２５ａが設けられている。尚、上述の実施の形態１における構成に対して、アパーチャ５に代えて、ミラー１２５ａを有するアパーチャ１２５を設けることもできる。

このような反射型のアパーチャアレイ１２５は、例えば、平面状のミラー上に、図９に示すようなパターンを印刷する方法、板に開口部用の穴を開けて図９に示すようなアパーチャアレイを作成して平面状のミラーと重ねる方法、等、種々の方法にて作製可能である。

又、折り返しミラー１２０，１２１の設置角度を原稿面１に対して４５°を超える角度とすることで、反射型のアパーチャアレイ１２５の入射光と反射光とを空間的に分離することができる。又、このような構成を有する画像読取装置１０３においても、上述した各距離Ｌ１〜Ｌ４は、維持される。

実施の形態３による画像読取装置１０３によれば、上述の実施形態１の画像読取装置１０１が奏する効果を得ることができるのは勿論のこと、実施形態２の構成に比して、図１０のｙ方向に縮小された、さらにコンパクトな画像読取装置を提供することができる。

尚、上述の実施の形態１から実施の形態３において、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ４が屈折型の単レンズであると、色収差が発生するという不具合が生じる。よってカラー画像を読み取る場合、得られる画像が色毎に分離してしまい、良好な画像が得られない。このような現象を防止するため、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ４をそれぞれ色消しレンズにて構成すればよい。色消しレンズを構成する一般的な手法としては、屈折率とアッベ数の異なる２枚のレンズ材料を組み合わせる方法が採用可能である。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４による画像読取装置１０４の構成を示す斜視図である。本実施形態４における画像読取装置１０４は、実施形態１にて説明した構成を基本とし、上述した折り返しミラー１２０，１２１、及び反射型のアパーチャアレイ１２５を備え、さらに、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ４をそれぞれ反射型の第１ミラーレンズアレイ１２３、及び第２ミラーレンズアレイ１２４にて形成した構成を有する。ここで、第１ミラーレンズアレイ１２３は、第１光学素子の機能を果たすものの一例に相当し、第２ミラーレンズアレイ１２４は、第２光学素子の機能を果たすものの一例に相当する。

尚、ここでは、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ４の両方を反射型の第１ミラーレンズアレイ１２３、及び第２ミラーレンズアレイ１２４としたが、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ４のいずれか一方を反射型の第１ミラーレンズアレイ１２３、又は第２ミラーレンズアレイ１２４に変更してもよい。又、上述した実施形態１及び実施形態２における構成に対して、第１レンズアレイ３、及び第２レンズアレイ４の少なくとも一方を、第１ミラーレンズアレイ１２３、及び第２ミラーレンズアレイ１２４に変更してもよい。

尚、光学原稿面１の下には、図１１には示されていないが、通常、カバーガラスが存在する。カバーガラスは原稿を置くために必須の素子であり、光学系全体を保護する役割も果たす。各光学素子について、以下に詳しく説明する。又、図１１において符号１２９にて示す物は、下記の実施の形態６にて説明する遮光板であるが、ここでの説明は省略する。

実際には照明装置２００が原稿面１を照射し、原稿面１での拡散反射光を読み取るのであるが、原稿面１上のある一点から発した光線束を考える。上記カバーガラスを透過した光線は、折り返しミラー１２０で光路を折り曲げられ、第１ミラーレンズアレイ１２３に達する。折り返しミラー１２０の設置角度は、本実施形態では、原稿面１に対して４８°の角度に設定している。この設置角度により、第１ミラーレンズアレイ１２３への光線の入射角は、第１ミラーレンズアレイ１２３の法線方向に対して６°の角度となっている。このわずかな斜入射により、第１ミラーレンズアレイ１２３における反射光は、入射光と分離でき、次のミラー型のアパーチャアレイ１２５に達する。

また、原稿面１から第１ミラーレンズアレイ１２３までの光学長は１２ｍｍである。また、第１ミラーレンズアレイ１２３において、各セル１３に対応するレンズは、焦点距離ｆ１＝１２ｍｍの凹面鏡レンズであり、図８からも分かるように、レンズの開口形状は矩形である。各セル１３に対応するレンズの開口形状の横幅、すなわち副走査方向における幅は６ｍｍである。このような凹面鏡レンズの役割は、入射光をコリメートして略平行光にすることである。凹面鏡レンズの曲面形状は、球面でも良いが、より良い解像度を得るために非球面形状にしても良い。

凹面鏡レンズにて形成した第１ミラーレンズアレイ１２３によりコリメートされた光線は、第１ミラーレンズアレイ１２３から光路距離Ｌ２＝１２ｍｍを隔てて位置する反射型のアパーチャアレイ１２５に到達する。反射型アパーチャアレイ１２５におけるそれぞれの開口部１２５ａは、各セル１３の中央に対応して配置されている。また、反射型アパーチャアレイ１２５において、各セル１３に対応する各開口部１２５ａの開口径は、例えばφ１．２ｍｍである。

上述のように、本実施形態４の構成においても第１焦点距離ｆ１＝距離Ｌ２であることから、画像読取装置１０４でもテレセントリック光学系の条件を満たす。よって、反射型アパーチャアレイ１２５の開口部１２５ａを通過する光線束の主光線は、原稿面１上を垂直に発した光線となる。よって、本実施形態４においても、実施の形態１で説明したように、原稿面１の位置が焦点方向に変化したとしても、光学系全体の転写倍率は変化しない。

反射型アパーチャアレイ１２５の開口部１２５ａを通過した光線は、第２ミラーレンズアレイ１２４に到達する。第２ミラーレンズアレイ１２４においても、各セル１３に対応するレンズは矩形形状であり、第２焦点距離ｆ２＝９ｍｍを持つ。反射型アパーチャアレイ１２５から第２ミラーレンズアレイ１２４までの光路距離Ｌ３、及び第２ミラーレンズアレイ１２４から撮像素子８までの光路距離Ｌ４は、必ずしも第２焦点距離ｆ２＝９ｍｍに等しい必要はないが、この例では、距離Ｌ３＝距離Ｌ４＝９ｍｍとする。又、距離Ｌ３＝ｆ２であれば、像面側もテレセントリック光学系の条件を満たすので、撮像素子８の焦点方向の位置ずれに対して転写倍率が変化することを防ぐことができる。

撮像素子８側は、原稿面１側とは異なり、第２ミラーレンズアレイ１２４から撮像素子８までの光路距離は、基本的には固定されているので、テレセントリック光学系の条件を満たす必要は必ずしもない。しかし、像面側もテレセントリック光学系にすれば、組み立て調整の誤差や、温度変化による距離変動に対して、転写倍率のばらつきや変動の少ない光学系にすることができる。第２ミラーレンズアレイ１２４の曲面形状も、必要によって非球面形状とし、転写光学系全体の解像度を上げることができる。
第２ミラーレンズアレイ１２４にて反射した光線束は、折り返しミラー１２１によって垂直方向に折り曲げられ、撮像素子８面にて像を結ぶ。撮像素子８で取得された画像信号は、画像処理装置２０１に送られ、実施の形態１で述べたのと同様な画像補正が行なわれる。

本実施形態４の画像読取装置１０４における構成は、以上述べた通りであるが、得られる光学像の画像の特徴や、画像処理方法については、実施の形態１にて述べたことと同様であるので、ここでは割愛する。

上述した画像読取装置１０４によれば、上述の実施形態１の画像読取装置１０１が奏する効果を得ることができるのは勿論のこと、さらに以下の２つの特有の効果が得られる。
一つは、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイが反射型のミラーレンズアレイにて構成されていることより、光路が折り返され、さらにコンパクトな光学系を構成することができる点である。

他の一つは、反射には色分散がないので、反射型のミラーレンズアレイ１２３，１２４を使用することで、色収差が発生しない点である。長尺のアレイ状のレンズでは、現実的に２枚の異種ガラスを張り合わせてレンズを製作するのはコスト上難しい。よって、色収差補正が必要なカラー画像の読取装置では、本実施の形態４のような、反射型のミラーレンズアレイを用いることで色収差補正が容易になる。

実施の形態５．
本実施の形態５は、上述した実施形態１〜４において、第１レンズアレイ３及び第２レンズアレイ４の少なくとも一方、並びに、第１ミラーレンズアレイ１２３及び第２ミラーレンズアレイ１２４の少なくとも一方において、隣接するセル１３に対応するレンズ部が樹脂材にて一体成型された構成である。

上述の実施の形態４で説明した反射型のミラーレンズアレイを用いた構成、即ち、図１１に示す画像読取装置１０４における構成では、第１ミラーレンズアレイ１２３と、第２ミラーレンズアレイ１２４とは近接した構成になり、両者を一体的に樹脂成型することが可能である。よって、実施の形態５の構成は、実施形態４のような構成に対して特に効果が大きく、位置決め精度の向上、保持部品の低減により装置の組み立ての簡素化、及びコスト低減に大きく寄与することができる。

例えば、Ａ３用紙サイズの原稿を読み取る場合、主走査方向には約３００ｍｍの長さが必要となる。一つのセル１３の幅を６ｍｍとすると、５０個のセル１３を並べる必要が生じる。５０個のセル１３に対応して並んで配列された、第１レンズアレイ３、第２レンズアレイ４、第１ミラーレンズアレイ１２３、及び第２ミラーレンズアレイ１２４を一体的に樹脂成型することもできる。しかしながら、製造上、このような大型のレンズアレイを作製できない場合には、複数セル１３に対応したレンズ部分を１ユニットとして一体成型し、それを組み立ての際に並べて配置してもよい。例えば、５セルに対応した分を１ユニットとして一体成型したレンズアレイを作製した場合、主走査方向におけるレンズアレイの幅は３０ｍｍとなり、成型用金型の加工及び樹脂成型が容易となる。

実施の形態６．
本実施の形態６は、上述した、実施形態１〜４における第２レンズアレイ４及び第２ミラーレンズアレイ１２４において、隣接するレンズの間に遮光壁１２９を設けた構成である。
図１２は、このような実施形態６の構成を有する画像読取装置１０６の構成を示す平面図である。図１２に示す画像読取装置１０６では、例えば実施形態１の画像読取装置１０１に対して、隣接する第２レンズ４間にそれぞれ遮光壁１２９が設けられた構成である。又、図１１に示す画像読取装置１０４では、第２ミラーレンズアレイ１２４において、各セル１３に対応するそれぞれの第２ミラーレンズ間に遮光壁１２９が設けられた構成である。

遮光壁１２９は、図示するように板状体であり、上記主走査方向に対して直角な副走査方向に沿って配置される。図１１に示す画像読取装置１０４では、遮光壁１２９は、第２ミラーレンズアレイ１２４のセルの境界から延びている。図１２に示す画像読取装置１０６では、遮光壁１２９は、第２レンズ４を中心にして、アパーチャアレイ５側へ、及び撮像素子８側へ、それぞれ等距離にて延在する。尚、図１１に示す画像読取装置１０４、及び図１２に示す画像読取装置１０６において、遮光壁１２９の延在する長さは、上述の長さに限定するものではない。

このような遮光壁１２９は以下のように作用する。
図１２には、遮光壁１２９がない場合の光線追跡の一例が、符号２０にて示されている。符号２０は、迷光光線である。迷光光線２０は、図１２に示すように、第１レンズアレイ３にて正規の光路をたどるにもかかわらず、第２レンズアレイ４の位置にて、隣のセル１３に紛れ込む光線である。このような迷光光線２０は、像の劣化を招くことから、除去する必要がある。

よって、図１２に示すように、遮光壁１２９を設けることで、隣接するセル１３へ侵入しようとする迷光光線２０を遮光し、除去することができる。さらに、第２レンズアレイ４の位置では、結像に寄与する主たる光線束は、縮小されているので、各第２レンズ４間の境界に遮光壁１２９を設置しても、結像に寄与する主たる光線束を遮光壁１２９が遮ることはない。

又、上述のように、図１１に示す画像読取装置１０４のような反射型光学系の構成においても、遮光壁１２９を設けることが可能である。

このように、実施形態６の画像読取装置１０６によれば、上述の実施形態１の画像読取装置１０１から実施形態４の画像読取装置１０４が奏する効果を得ることができるのは勿論のこと、第２レンズアレイ４における各セル１３の境界部分に遮光壁１２９を設置することで、効果的に迷光のみを除去することができ、像の劣化を防止するという効果が得られる。

尚、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

又、２００７年７月１３日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２００７−１８３９２５号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。

本発明は、コピー機等に用いられる画像読取装置に適用可能である。

Claims (8)

1. 撮像対象である被撮像物を照明するための照明装置と、
   上記被撮像物を結像する複数の結像光学系と、
   上記結像光学系に対応して位置し、結像された像を撮像する撮像素子と、
   上記撮像素子で得られた画像から元の被撮像物を復元する画像処理装置と、
   を備えた画像読取装置において、
   上記複数の結像光学系は、被撮像物に対する主走査方向に沿って互いに隣接して位置し、上記被撮像物を反転縮小して結像し、
   かつ、それぞれの上記結像光学系は、上記被撮像物から上記撮像素子に向かって配置される、第１焦点距離を有する第１光学素子と、上記第１光学素子の後側の焦点位置に位置するアパーチャと、上記アパーチャの後側に上記第１焦点距離よりも小さい第２焦点距離をもつ第２光学素子とを有する、
   ことを特徴とする画像読取装置。
2. それぞれの上記結像光学系は、上記被撮像物から上記撮像素子に向かう光路内に、光路を折り曲げるミラーをさらに有する、請求項１記載の画像読取装置。
3. 上記アパーチャは、開口部に光路を折り曲げるミラーを有する、請求項１又は２記載の画像読取装置。
4. 上記第１光学素子及び上記第２光学素子の少なくとも一方は、反射型のミラーレンズである、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
5. 上記第１光学素子及び上記第２光学素子の少なくとも一方は、隣接する結像光学系間で一体的に成形されてなる、請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
6. 上記アパーチャは、開口部の大きさが異なるアパーチャと交換可能である、請求項１から５のいずれか１項に記載の画像読取装置。
7. それぞれの上記結像光学系は、隣接する上記第２光学素子間に配置される遮光板をさらに有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
8. 上記結像光学系における縮小倍率は、上記各結像光学系において同じであり、０．８５から０．６倍である、請求項１から７のいずれか１項に記載の画像読取装置。

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