JP5227746B2 - 光走査ユニットおよび画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査ユニットおよび該光走査ユニットを用いた画像読取装置に関する。

従来、スキャナ等の画像読取装置として、正立等倍結像光学系を用いた装置が知られている。正立等倍結像光学系を用いた場合、縮小結像光学系の場合よりも光走査ユニットをコンパクトにすることができる。正立等倍結像光学系の光走査ユニットは、ライン状光源、正立等倍レンズアレイ、ラインイメージセンサ、およびこれらを所定の位置に固定する筐体を含んで構成される（たとえば特許文献１参照）。

正立等倍結像光学系を用いた場合、原稿と正立等倍レンズアレイ間の距離と、正立等倍レンズアレイとラインイメージセンサ間の距離とが同じになった場合に最良の光学性能となるよう設計されている。両者が同じでないと、像がぼけるため光学性能が悪くなる。従って、原稿が平面であることを考慮し、正立等倍レンズアレイおよびラインイメージセンサも原稿に対して平行になるように直線状に筐体に組み込まれる。
特開２００７−１５８３７８９号公報

ところで、原稿の載置されるガラス板に対して走査ユニットを走査して原稿を読み取る画像読取装置の場合、原稿と正立等倍レンズアレイ間の距離と、正立等倍レンズアレイとラインイメージセンサ間の距離とを同じにしようとすると、ガラス板と光走査ユニットとの間にある程度の間隔が必要となるため、光走査ユニットは、正立等倍レンズアレイが筐体の中心よりも原稿側に設けられる構造となる。

ここで、筐体に正立等倍レンズアレイを固定する方法について考察すると、筐体の原稿側の面に凹部を形成し、該凹部に正立等倍レンズアレイを嵌入する方法が考えられる。通常、筐体は製造の容易性およびコストの面を考慮して樹脂の射出成形で製造されているが、凹部の幅を正立等倍レンズアレイの幅と略同じに形成し、凹部を拡開しながら正立等倍レンズアレイを嵌入するのである。この方法によれば、精密な位置合わせを行わずに、正立等倍レンズアレイを所定の位置に固定することができる。

しかしながら、射出成形により走査ユニットの筐体のような細長い部品を製造した場合、筐体の長手方向において凹部の幅を一定に保つのは難しい。具体的には、長手方向の中央部における凹部の幅は、端部における凹部の幅よりも狭く形成される傾向にある。このように形成された凹部に正立等倍レンズアレイを嵌入すると、正立等倍レンズアレイは、原稿側に凸となるように反る可能性が高い。従って、原稿と正立等倍レンズアレイ間の距離と正立等倍レンズアレイとラインイメージセンサ間の距離とが主走査方向の位置によって異なることとなるため、光学性能が主走査方向において変動してしまう可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、主走査方向における光学性能の変動を低減することのできる光走査ユニット、および該光走査ユニットを用いた画像読取装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光走査ユニットは、原稿に光を照射するライン状光源と、原稿からの反射光を集光する正立等倍レンズアレイと、正立等倍レンズアレイにより集光された光を受光するラインイメージセンサと、ライン状光源、正立等倍レンズアレイおよびラインイメージセンサを固定する筐体とを備える光走査ユニットであって、筐体は、当該光走査ユニットの主走査方向において、ラインイメージセンサ側に凸となるように反っている。

この態様によると、筐体が光走査ユニットの主走査方向においてラインイメージセンサ側に凸となるように反っていることにより、正立等倍レンズアレイの原稿側へ凸となる反りが相殺されるので、原稿と正立等倍レンズアレイ間の距離と正立等倍レンズアレイとラインイメージセンサ間の距離とが主走査方向の位置によって異なるのが補償される。その結果、主走査方向における光学性能の変動を低減することができる。

筐体は、原稿側に開放された凹部を有し、正立等倍レンズアレイは、凹部に嵌入されることにより筐体の中心よりも原稿側に固定されてもよい。また、筐体は、樹脂の射出成形により形成されてもよい。このように形成された筐体を用いた光走査ユニットにおいて、特に有効に主走査方向における光学性能の変動を低減することができる。

筐体は、該筐体の主走査方向の長さに対する主走査方向中央の反り量の比である反り比が０．０２％〜０．０６％の範囲内であってもよい。このような範囲内となるように筐体を反らせることにより、好適に主走査方向における光学性能の変動を低減することができる。

本発明の別の態様は、画像読取装置である。この装置は、原稿を載置する原稿台と、上述の光走査ユニットと、光走査ユニットを走査する駆動機構とを備える。

この態様によると、主走査方向における光学性能の変動が低減された光走査ユニットを用いることにより、主走査方向における画像のぼけが抑制された画像読取装置を構成することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、主走査方向における光学性能の変動を低減することのできる光走査ユニット、および該光走査ユニットを用いた画像読取装置を提供できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る光走査ユニット１０を用いた画像読取装置１００を説明するための図である。図１に示すように、画像読取装置１００は、光走査ユニット１０、原稿Ｇを載置する原稿台としてのガラス板１４、光走査ユニット１０を走査する駆動機構（図示せず）、光走査ユニット１０によって読み取られたデータを処理する画像処理部（図示せず）等を備える。

光走査ユニット１０は、ガラス板１４上に載置された原稿Ｇに光を照射するライン状光源１６と、原稿Ｇからの反射光を集光する正立等倍レンズアレイ１１と、正立等倍レンズアレイ１１により集光された光を受けるラインイメージセンサ（光電変換素子）２０と、ライン状光源１６、正立等倍レンズアレイ１１およびラインイメージセンサ２０を固定する筐体１２とを備える。

筐体１２は、略直方体形状に形成されており、筐体１２の上面には第１凹部１２ａおよび第２凹部１２ｂが形成され、下面には第３凹部１２ｃが形成されている。筐体１２は、樹脂の射出成形により形成される。射出成形により筐体１２を形成することにより、筐体１２を容易に形成でき、安価とすることができる。第１凹部１２ａ内には、ライン状光源１６が斜めに固定されている。ライン状光源１６は、照射光の光軸が、正立等倍レンズアレイ１１の光軸Ａｘとガラス板１４の上面との交点を通るように固定される。

第２凹部１２ｂには、正立等倍レンズアレイ１１が固定されている。正立等倍レンズアレイ１１の固定方法については後述する。第３凹部１２ｃには、ラインイメージセンサ２０を備えた基板２２が取り付けられている。基板２２は、その上面が第３凹部１２ｃに設けられた段差部１２ｄに当接するように固定されている。

正立等倍レンズアレイ１１は、複数の凸レンズを両面に形成した第１レンズアレイプレート２４、第２レンズアレイプレート２５が対応するレンズの組が共軸のレンズ系を構成するように積層されたものである。第１レンズアレイプレート２４、第２レンズアレイプレート２５は、ホルダ３０により積層状態で保持されている。正立等倍レンズアレイ１１は、上方に位置する原稿Ｇから反射された略直線状の光を受けて、下方に位置する像面、すなわちラインイメージセンサ２０の受光面に正立等倍像を形成するように構成されている。

図２は、画像読取装置１００の副走査方向における断面図である。また、図３は、画像読取装置１００の主走査方向における断面図である。図２、図３では、ライン状光源１６の図示を省略している。図２、図３に示すように、光走査ユニット１０は、その長手方向が主走査方向に、短手方向が副走査方向に一致するように画像読取装置１００に装着される。画像読取装置１００においては、ライン状光源からの出射光がガラス板１４を通して原稿Ｇに当てられ、原稿Ｇからの反射光を正立等倍レンズアレイ１１を介してラインイメージセンサ２０にて検出することで原稿Ｇを読み取る。ガラス板１４に対して筐体１２を副走査方向に走査することにより、原稿Ｇの所望の領域の読み取りを行うことができる。

一般に、正立等倍結像光学系を用いた光走査ユニットにおいては、原稿と正立等倍レンズアレイ間の距離ａ（以下、原稿／レンズ間距離ａと呼ぶ）と、正立等倍レンズアレイとラインイメージセンサ間の距離ｂ（以下、レンズ／センサ間距離ｂと呼ぶ）とが同じになった場合に最良の光学性能となるよう設計されている。両者が同じでないと、ラインイメージセンサ２０上に結像される像がぼけるため光学性能が悪くなる。なお、原稿／レンズ間距離ａは、正確には原稿Ｇの下面から第１レンズアレイプレート２４の上面の凸レンズまでの距離であり、レンズ／センサ間距離ｂは、正確には第２レンズアレイプレート２５の下面の凸レンズからラインイメージセンサ２０の受光面までの距離である。また、実際はガラス板１４内では屈折率が空気中よりも大きいため、原稿／レンズ間距離ａの方がレンズ／センサ間距離ｂよりも短くなる。

このように原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂとを同じにしようとすると、ガラス板１４と光走査ユニット１０との間にある程度の間隔が必要となるため、光走査ユニット１０は、正立等倍レンズアレイ１１が筐体の中心よりも原稿側に設けられる構造となる。すなわち、原稿Ｇの法線方向において、正立等倍レンズアレイ１１の中心は、光走査ユニット１０の中心よりも原稿側に位置するような構造となる。このような構造をとることにより、ガラス板１４と光走査ユニット１０との間に隙間を設けた場合でも、原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂとを等しくすることが可能となる。

図４（ａ）（ｂ）は、筐体１２に正立等倍レンズアレイ１１を取り付ける際の様子を説明するための上面図である。図４（ａ）は、筐体１２に正立等倍レンズアレイ１１を取り付ける前の様子を示す、図４（ｂ）は、筐体１２に正立等倍レンズアレイ１１を取り付けた後の様子を示す。また、図５は、筐体１２に正立等倍レンズアレイ１１を取り付ける際の様子を説明するための副走査方向における断面図である。

筐体１２の第２凹部１２ｂは、その短手方向（副走査方向）の幅が正立等倍レンズアレイ１１の短手方向の幅と略同じになるように形成されている。筐体１２に正立等倍レンズアレイ１１を取り付ける場合、図５の矢印６０、６１に示すように第２凹部１２ｂを拡開しながら、正立等倍レンズアレイ１１を第２凹部１２ｂに嵌入する。この方法によれば、精密な位置合わせを行わずに、正立等倍レンズアレイ１１を所定の位置に固定することができる。ここで、正立等倍レンズアレイ１１は、第２凹部１２ｂ内に嵌入された状態において、図５の矢印６３に示すように、上方側（画像読取装置１００に取り付けた状態においては原稿側）への押出力を受けている。

上述したように、筐体１２は射出成形によって形成されるが、射出成形によりの筐体１２のような細長い部品を製造した場合、筐体１２の長手方向において第２凹部１２ｂの幅を一定に保つのは難しい。具体的には、図５（ａ）に示すように、主走査方向（長手方向）の中央部における第２凹部１２ｂの幅は、両端部における凹部の幅よりも狭く形成される傾向にある。このように形成された第２凹部１２ｂに正立等倍レンズアレイ１１を嵌入すると、正立等倍レンズアレイ１１は、主走査方向の中央部において両端部よりも強い押出力を受けることから、主走査方向中央部において最も原稿側に浮き上がり、原稿側に凸となるように反る可能性が高い。この場合、原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂとが主走査方向の位置によって異なることとなるため、光学性能が主走査方向において変動してしまう。

本発明者は、このような問題点について考察するなかで、筐体１２を主走査方向において反らせることで光学性能の主走査方向における変動を抑制できないかと考えた。以下においては、正立等倍レンズアレイ１１が原稿側に凸となるように反った場合に、筐体１２が原稿側とラインイメージセンサ２０側のどちらに凸となるように反った方がよいのか説明する。ここで、主走査方向においてラインイメージセンサ２０も反っている可能性があるため、ラインイメージセンサ２０の反る方向よって場合分けをして説明する。ラインイメージセンサ２０の反りの原因としては、基板２２が元々反っている場合や、基板２２に対してラインイメージセンサ２０が反って取り付けられている場合などがある。なお、ガラス板１４は反りがない平面に形成されており、従って該ガラス板１４に載置される原稿Ｇも平面であるものとして説明する。

図６は、ラインイメージセンサ２０が反っていない場合における原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂの比を説明するための図である。図６では、光走査ユニット１０を簡略化して図示している。ここでは、主走査方向の両端における原稿／レンズ間距離ａおよびレンズ／センサ間距離ｂを１．０としたとき、正立等倍レンズアレイ１１が原稿側に凸となるように反ることにより主走査方向中央のレンズ／センサ間距離ｂが１．１となり、原稿／レンズ間距離ａが０．９となったとする。このとき、原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂの比であるｂ／ａを計算すると、１．２２２となる。距離比ｂ／ａが１．０に近いほど、主走査方向中央における光学性能が両端部における光学性能に近くなる。

ここで、原稿側に凸となるように筐体１２を反らせることにより、筐体１２に固定された正立等倍レンズアレイ１１も原稿側に凸となるように反り、主走査方向中央の原稿／レンズ間距離ａが縮まり０．８となったとする。レンズ／センサ間距離ｂは、正立等倍レンズアレイ１１とラインイメージセンサ２０が共に原稿側に凸となるように反ることから変化せず、１．１のままである。この場合、距離比ｂ／ａは１．３７５となり、上述の１．２２２よりも大きくなる。

一方、ラインイメージセンサ２０側に凸となるように筐体１２を反らせることにより、正立等倍レンズアレイ１１もラインイメージセンサ２０側に凸となるように反り、主走査方向中央の原稿／レンズ間距離ａが広がり１．０となったとする。レンズ／センサ間距離ｂは１．１である。この場合、距離比ｂ／ａは１．１００となり、上述の１．２２２よりも小さくなる。

図７は、ラインイメージセンサ２０が原稿側に凸となるように反った場合における原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂの比を説明するための図である。ここでは、主走査方向の両端における原稿／レンズ間距離ａおよびレンズ／センサ間距離ｂを１．０としたとき、正立等倍レンズアレイ１１が原稿側に凸となるように反り、さらにラインイメージセンサ２０が原稿側に凸となるように反ることにより、主走査方向中央の原稿／レンズ間距離ａが０．９となり、レンズ／センサ間距離ｂが１．０となったとする。このとき、距離比ｂ／ａは、１．１１１となる。

ここで、原稿側に凸となるように筐体１２を反らせることにより、筐体１２に固定された正立等倍レンズアレイ１１も原稿側に凸となるように反り、主走査方向中央の原稿／レンズ間距離ａ縮まりが０．８となったとする。レンズ／センサ間距離ｂは、正立等倍レンズアレイ１１とラインイメージセンサ２０が共に原稿側に凸となるように反ることから変化せず、１．０のままである。この場合、距離比ｂ／ａは１．２５となり、上述の１．１１１よりも大きくなる。

一方、ラインイメージセンサ２０側に凸となるように筐体１２を反らせることにより、正立等倍レンズアレイ１１もラインイメージセンサ２０側に凸となるように反り、主走査方向中央の原稿／レンズ間距離ａが広がり１．０となったとする。レンズ／センサ間距離ｂは１．０である。この場合、距離比ｂ／ａは１．０となり、上述の１．１１１よりも小さくなる。

図８は、ラインイメージセンサ２０が原稿側とは反対側に凸となるように反った場合における原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂの比を説明するための図である。ここでは、主走査方向の両端における原稿／レンズ間距離ａおよびレンズ／センサ間距離ｂを１．０としたとき、正立等倍レンズアレイ１１が原稿側に凸となるように反り、さらにラインイメージセンサ２０が原稿側とは反対側に凸となるように反ることにより、主走査方向中央の原稿／レンズ間距離ａが０．９となり、レンズ／センサ間距離ｂが１．２となったとする。このとき、距離比ｂ／ａは、１．３３３となる。

ここで、原稿側に凸となるように筐体１２を反らせることにより、筐体１２に固定された正立等倍レンズアレイ１１も原稿側に凸となるように反り、主走査方向中央の原稿／レンズ間距離ａ縮まりが０．８となったとする。レンズ／センサ間距離ｂは、正立等倍レンズアレイ１１とラインイメージセンサ２０が共に原稿側に凸となるように反ることから変化せず、１．２のままである。この場合、距離比ｂ／ａは１．５となり、上述の１．３３３よりも大きくなる。

一方、ラインイメージセンサ２０側に凸となるように筐体１２を反らせることにより、正立等倍レンズアレイ１１もラインイメージセンサ２０側に凸となるように反り、主走査方向中央の原稿／レンズ間距離ａが広がり１．０となったとする。レンズ／センサ間距離ｂは１．２のままである。この場合、距離比ｂ／ａは１．２となり、上述の１．３３３よりも小さくなる。

図６〜図８において説明したように、正立等倍レンズアレイ１１が原稿側に凸となるように反っている場合は、ラインイメージセンサ２０の反る方向によらず、筐体１２がラインイメージセンサ２０側に反っている方が主走査方向中央の距離比ｂ／ａは小さくなり、１．０に近づく。すなわち、主走査方向中央における光学性能が両端部における光学性能に近くなるため、主走査方向における光学性能の変動が低減される。

以上の考察から、本実施の形態に係る光走査ユニット１０においては、筐体１２は、主走査方向において、ラインイメージセンサ２０側に凸に反るように形成される。すなわち主走査方向両端部を結んだ直線よりも、主走査方向中央部がラインイメージセンサ２０の取付側に変位しているように筐体１２を形成するのである。これにより、正立等倍レンズアレイ１１の原稿側へ凸となる反りが相殺されるので、原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂとが主走査方向の位置によって異なるのが補償される。その結果、主走査方向における光学性能の変動を低減することができる。また、主走査方向における光学性能の変動が低減された光走査ユニット１０を用いることにより、主走査方向における画像のぼけが抑制された画像読取装置１００を構成することができる。

図９は、筐体１２の反り比と光学性能との関係を示す図である。筐体１２がどの程度ラインイメージセンサ２０側に反っていれば正立等倍レンズアレイ１１の反りを相殺して光学性能の低下を抑制できるかを、実験により検証した。

光学性能は、ＭＴＦ値（６ｌｉｎｅ／ｍｍ）によって判断した。筐体１２に正立等倍レンズアレイ１１およびラインイメージセンサ２０を取り付けてＭＴＦ値測定を行った。筐体１２の反り比ごとに図９に示すように分別し、各１００個を選び出してＭＴＦ値を測定した。ＭＴＦ値が７０％以上となったものを良品としてカウントして図９に示している。反り比は、筐体１２の主走査方向の長さに対する主走査方向中央の反り量の比（百分率）である。その結果、図９に示すように筐体１２の反り比を０．０２％〜０．０６％の範囲内とすることにより、ほぼ１００％近く良品を製造できることが分かった。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施の形態に係る光走査ユニットを用いた画像読取装置を説明するための図である。 画像読取装置の副走査方向における断面図である。 画像読取装置の主走査方向における断面図である。 図４（ａ）（ｂ）は、筐体に正立等倍レンズアレイを取り付ける際の様子を説明するための上面図である。 筐体に正立等倍レンズアレイを取り付ける際の様子を説明するための副走査方向における断面図である。 ラインイメージセンサが反っていない場合における原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂの比を説明するための図である。 ラインイメージセンサが原稿側に凸となるように反った場合における原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂの比を説明するための図である。 ラインイメージセンサが原稿側とは反対側に凸となるように反った場合における原稿／レンズ間距離ａとレンズ／センサ間距離ｂの比を説明するための図である。 筐体の反り比と光学性能との関係を示す図である。

符号の説明

１０ 光走査ユニット、 １１ 正立等倍レンズアレイ、 １２ 筐体、 １６ ライン状光源、 ２０ ラインイメージセンサ、 １００ 画像読取装置、 Ｇ 原稿。

Claims (5)

1. 原稿に光を照射するライン状光源と、
   前記原稿からの反射光を集光する正立等倍レンズアレイと、
   前記正立等倍レンズアレイにより集光された光を受光するラインイメージセンサと、
   前記ライン状光源、前記正立等倍レンズアレイおよび前記ラインイメージセンサを固定する筐体と、
   を備える光走査ユニットであって、
   前記筐体は、前記原稿側に開放された凹部を有し、前記正立等倍レンズアレイは、前記凹部に嵌入されることにより前記筐体の中心よりも原稿側に固定され、
   前記凹部は、主走査方向の中央部における幅が端部における幅より狭く形成されており、
   前記筐体は、当該光走査ユニットの主走査方向において、前記ラインイメージセンサ側に凸となるように反っていることを特徴とする光走査ユニット。
2. 前記原稿が上方に位置し、前記ラインイメージセンサが下方に位置するように画像読取装置に取り付けられるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の光走査ユニット。
3. 前記筐体は、樹脂の射出成形により形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査ユニット。
4. 前記筐体は、該筐体の主走査方向の長さに対する主走査方向中央の反り量の比である反り比が０．０２％〜０．０６％の範囲内であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光走査ユニット。
5. 原稿を載置する原稿台と、
   請求項１から４のいずれかに記載の光走査ユニットと、
   前記光走査ユニットを走査する駆動機構と、
   を備えることを特徴とする画像読取装置。

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