レンズアレイ、レンズユニット、および画像読取装置
【課題】 読取対象における画像をよりきれいに読み取ることが可能なレンズアレイ、レンズユニット、および画像読取装置を提供すること。
【解決手段】 各々が第１方向に延びる複数の凸レンズ部と、上記複数の凸レンズ部を保持するホルダ部と、を備え、上記複数の凸レンズ部はそれぞれ、上記第１方向のうちの一方を向く第１凸レンズ面２１１と、上記第１方向のうちの他方を向く第２凸レンズ面２１２と、を有し、第１凸レンズ面２１１は、物体の倒立像を結像し、第２凸レンズ面２１２は、上記倒立像を再結像させることにより上記物体の正立像を結像し、第１凸レンズ面２１１側の半画角θ１が、６〜１５度であり、第２凸レンズ面２１２側の半画角θ２が、６〜１５度である。
【解決手段】 各々が第１方向に延びる複数の凸レンズ部と、上記複数の凸レンズ部を保持するホルダ部と、を備え、上記複数の凸レンズ部はそれぞれ、上記第１方向のうちの一方を向く第１凸レンズ面２１１と、上記第１方向のうちの他方を向く第２凸レンズ面２１２と、を有し、第１凸レンズ面２１１は、物体の倒立像を結像し、第２凸レンズ面２１２は、上記倒立像を再結像させることにより上記物体の正立像を結像し、第１凸レンズ面２１１側の半画角θ１が、６〜１５度であり、第２凸レンズ面２１２側の半画角θ２が、６〜１５度である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ、レンズユニット、および画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コピー機やスキャナ装置において画像読取装置が用いられている。画像読取装置は、光源と、レンズアレイユニットと、複数の受光素子と、を備える。光源から放たれた光は、原稿にて反射され、レンズアレイユニットを通過し、各受光素子に至る。このようにして、原稿における画像が画像読取装置によって読み込まれる。
【０００３】
上記のレンズアレイユニットは、複数の凸レンズを列状に並べたレンズアレイを含んでいる。このようなレンズアレイについては、特許文献１に記載されている。同文献に記載の各凸レンズは、第１のレンズ面と第２のレンズ面とを有する。第１のレンズ面は、物体の倒立像を、凸レンズ内に結像する。第２のレンズ面は、上記倒立像を反転させ第２のレンズ面の向く側に、物体の正立像を結像する。このようなレンズアレイユニットは、レンズ内部の屈折率が中心軸からの距離に応じて徐々に変化する屈折率分布ファイバーに比べ、安価であるといったメリットがある。
【０００４】
しかしながら、同文献１の記載からは、各凸レンズを規定するパラメータ等についての検討が十分であるとは言えない。一般的に光学の分野においては、レンズの形状等が少しでも変わると、光学特性が大きく変わることがある。そのため、各凸レンズを規定するパラメータによっては、原稿における画像をきれいに読み取れないおそれがある。そこで、凸レンズを規定するパラメータに関して研究が行われてきた。またレンズアレイに関しては、特許文献２にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３９９１１号公報
【特許文献２】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】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、読取対象における画像をよりきれいに読み取ることが可能なレンズアレイを提供することをその主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面によると、各々が第１方向に延びる複数の凸レンズ部と、上記複数の凸レンズ部を保持するホルダ部と、を備え、上記複数の凸レンズ部はそれぞれ、上記第１方向のうちの一方を向く第１凸レンズ面と、上記第１方向のうちの他方を向く第２凸レンズ面と、を有し、第１凸レンズ面は、物体の倒立像を結像し、上記第２凸レンズ面は、上記倒立像を再結像させることにより上記物体の正立像を結像し、上記第１凸レンズ面側の半画角が、６〜１５度であり、上記第２凸レンズ面側の半画角が、６〜１５度である、レンズアレイが提供される。
【０００８】
好ましくは、Ｆ値が７．０よりも小さい。
【０００９】
好ましくは、２．８≦ＴＴＬ／ｔ≦６の関係を満たす。
ＴＴＬは、上記第１方向における物体と上記正立像との距離である。ｔは、上記第１方向における、上記第１凸レンズ面の頂部と上記第２凸レンズ面の頂部との距離である。
【００１０】
好ましくは、−７．５≦ＴＴＬ／ｆ≦−５．２の関係を満たす。
ＴＴＬは、上記第１方向における物体と上記正立像との距離である。ｆは、上記凸レンズ部の焦点距離である。
【００１１】
好ましくは、上記第２凸レンズ面の有効径は、上記第１凸レンズ面の有効径よりも大きい。
【００１２】
好ましくは、上記第２凸レンズ面の有効径は、上記第１凸レンズ面の有効径の２倍以上である。
【００１３】
好ましくは、上記第１凸レンズ面のコーニック定数は正の値であり、上記第２凸レンズ面のコーニック定数は負の値である。
【００１４】
好ましくは、上記複数の凸レンズ部は、上記第１方向に直交する第２方向に沿って配列されている。
【００１５】
好ましくは、上記複数の凸レンズ部の上記第２方向における配列ピッチは、０．３〜１ｍｍである。
【００１６】
好ましくは、上記配列ピッチに対する、互いに隣接する２つの上記凸レンズ部の読取可能領域どうしが重なる領域の上記第２方向における寸法の割合が、５０〜２００％である
【００１７】
好ましくは、上記配列ピッチに対する、互いに隣接する２つの上記凸レンズ部の結像領域どうしが重なる領域の上記第２方向における寸法の割合が、５０〜２００％である。
【００１８】
好ましくは、上記複数の凸レンズ部は、上記ホルダ部と一体成型されている。
【００１９】
好ましくは、上記ホルダ部は、平坦面を有し、上記各第１凸レンズ面は、上記平坦面から膨らんでいる。
【００２０】
好ましくは、上記凸レンズ部および上記ホルダ部はいずれも樹脂よりなる。
【００２１】
本発明の第２の側面によると、本発明の第１の側面によって提供されるレンズアレイと、上記レンズアレイに固定され、且つ、複数の光通過孔が形成された遮光部材と、を備え、上記第１凸レンズ面は、上記複数の光通過孔のいずれか一つに進入している、レンズユニットが提供される。
【００２２】
本発明の第３の側面によると、本発明の第２の側面によって提供されるレンズユニットと、線状光源と、上記線状光源から発せられた後に上記物体としての読取対象にて反射した光を、上記レンズユニットを経由して受光する複数の受光素子と、を備える、画像読取装置が提供される。
【００２３】
好ましくは、上記複数の受光素子が搭載された基板と、上記レンズユニット、上記線状光源、および上記複数の受光素子を収容するケースと、を更に備える。
【００２４】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる画像読取装置の底面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる画像読取装置の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの正面図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの底面図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかるレンズアレイの平面図である。
【図７】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの部分拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットにおける凸レンズ部２１を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットのパラメータを説明するための図である。
【図１０】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの読取可能領域どうしの重なりを示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの結像領域どうしの重なりを示す図である。
【図１２】凸レンズ部を規定するパラメータの具体的数値を示す表である。
【図１３】第１凸レンズ面と第２凸レンズ面を規定する非球面係数を示している。
【図１４】第１凸レンズ面と第２凸レンズ面を規定する非球面係数を示している。
【図１５】図１６〜図２８を用いて、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の各場合の特性を評価した結果を示している。
【図１６】図１２のＮｏ．１の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図１７】図１２のＮｏ．２の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図１８】図１２のＮｏ．３の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図１９】図１２のＮｏ．４の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２０】図１２のＮｏ．５の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２１】図１２のＮｏ．６の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２２】図１２のＮｏ．７の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２３】図１２のＮｏ．８の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２４】図１２のＮｏ．９の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２５】図１２のＮｏ．１０の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２６】図１２のＮｏ．１１の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２７】図１２のＮｏ．１２の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２８】図１２のＮｏ．１３の場合の特性を示す表およびグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２７】
図１および図２に示す画像読取装置８０１は、基板１１（図１では略）と、ケース１２と、線状光源１３と、レンズユニット１４と、複数の受光素子１５と、透過板１６（図１では略）と、を備える。
【００２８】
基板１１は、第２方向Ｙに沿って延びる長矩形状である。基板１１は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂、もしくはセラミックスよりなる。複数の受光素子１５はそれぞれ、基板１１に搭載されている。複数の受光素子１５は、第２方向Ｙに沿って配列されている。複数の受光素子１５はそれぞれ、受けた光の光量に応じた電気信号を出力する、光電変換機能を果たす。
【００２９】
ケース１２は、画像読取装置８０１の外形を構成し、画像読取装置８０１のケース１２以外の要素を収容している。ケース１２は、第２方向Ｙに長く延びており、第２方向Ｙに直交する面による断面形状は、略矩形状である。ケース１２は、たとえば、液晶ポリマ樹脂よりなる。
【００３０】
線状光源１３は、第２方向Ｙに沿う線状の光を発する。線状光源１３は、ＬＥＤモジュール１３１および導光体１３２を含む。
【００３１】
ＬＥＤモジュール１３１は、ケース１２の長手方向の一端寄りの位置において、ケース１２に収容されている。ＬＥＤモジュール１３１は、たとえば赤外光や可視光を発する。導光体１３２は、第２方向Ｙに延びる棒状である。導光体１３２は、入射面、反射面、および出射面を有する。ＬＥＤモジュール１３１からの光は、導光体１３２における入射面に入射したのち、反射面にて反射する。反射面にて反射した光は、出射面から導光体１３２の外部に出射される。導光体１３２から出射した光は、透過板１６を通過し読取対象８９０にて反射する。そして読取対象８９０にて反射した光は、再び透過板１６を通過し、レンズユニット１４に向かう。
【００３２】
レンズユニット１４は、読取対象８９０から進行してきた光を、正立等倍で受光素子１５に集光する。レンズユニット１４の具体的構成は以下のとおりである。
【００３３】
図４、図７に示すように、レンズユニット１４は、レンズアレイ２と遮光部材３とを含む。
【００３４】
レンズアレイ２は、一方向（第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙ）に延びる直方体状である。図５、図６に示すように、レンズアレイ２は、複数の凸レンズ部２１と、ホルダ部２２と、を有する。本実施形態においてレンズアレイ２は、透明な樹脂よりなる。このような樹脂としては、たとえば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）やＰＣ（ポリカーボネート）が挙げられる。レンズアレイ２は一体成型されている。そのため、複数の凸レンズ部２１およびホルダ部２２は、一体であり且つ同一の材料よりなる。
【００３５】
複数の凸レンズ部２１は各々、第１方向Ｘに延びる。図６に示すように、複数の凸レンズ部２１は第１方向Ｘ視において、互いに隣り合う。図７に示すように、本実施形態においては、複数の凸レンズ部２１は、第２方向Ｙに沿って配列されている。複数の凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１は、０．３〜１ｍｍであり、本実施形態では０．７ｍｍである。
【００３６】
図７に示すように、複数の凸レンズ部２１は各々、第１凸レンズ面２１１と第２凸レンズ面２１２とを有する。
【００３７】
第１凸レンズ面２１１は、第１方向Ｘのうちの一方（以下、方向Ｘ１と言う）を向く。第１凸レンズ面２１１は、方向Ｘ１に向かって膨らむ形状を呈する。複数の凸レンズ部２１における第１凸レンズ面２１１の形状は、互いに同一である。図６に示すように、複数の第１凸レンズ面２１１は、第１方向Ｘ視において、互いに離間している。一方、図７に示すように、第２凸レンズ面２１２は、第１凸レンズ面２１１の向く方向とは反対方向を向く。すなわち、第２凸レンズ面２１２は、第１方向Ｘのうちの他方（以下、方向Ｘ２と言う）を向く。第２凸レンズ面２１２は、方向Ｘ２に向かって膨らむ形状を呈する。複数の凸レンズ部２１における第２凸レンズ面２１２の形状は、互いに同一である。なお、本実施形態においては、第２凸レンズ面２１２の直径は、第１凸レンズ面２１１の直径よりも大きい。図５に示すように、複数の第２凸レンズ面２１２のうちの隣接する２つは、第１方向Ｘ視において互いに接している。
【００３８】
図８は、１つの凸レンズ部２１を模式的に示している。
【００３９】
同図に示すように、第１凸レンズ面２１１は、物体（ａ→ｂ）の倒立像（ａ”→ｂ”）を結像する。すなわち、第１凸レンズ面２１１は、第１凸レンズ面２１１の正面の面Ｓに存在する物体（ａ→ｂ）からの光を受けると、当該光を所定の箇所に集束させることにより、物体（ａ→ｂ）の倒立像（ａ”→ｂ”）を凸レンズ部２１の内部に結像させる。本実施形態においては、倒立像（ａ”→ｂ”）は倒立縮小像である。そして、第２凸レンズ面２１２は、倒立像（ａ”→ｂ”）を再結像させることにより、物体（ａ→ｂ）の正立像（ａ’→ｂ’）を結像する。すなわち、第２凸レンズ面２１２は、第１凸レンズ面２１１を透過してきた光を受けると、倒立像（ａ”→ｂ”）を反転させる。本実施形態においては、第２凸レンズ面２１２は、上記倒立縮小像を反転および拡大し、第２凸レンズ面２１２の正面に位置する面Ｒに、正立像（ａ’→ｂ’）として正立等倍像を結像する。
【００４０】
なお、画像読取装置８０１においては、図２の読取対象８９０は、図８の面Ｓに位置し、図２の受光素子１５は、図８の面Ｒに位置する。
【００４１】
凸レンズ部２１を規定するパラメータ等については、後述する。
【００４２】
図４〜図６に示すホルダ部２２は、複数の凸レンズ部２１を保持する。ホルダ部２２は、平坦面２２１および平坦面２２２を有する。
【００４３】
平坦面２２１は、方向Ｘ１を向く。平坦面２２１からは複数の第１凸レンズ面２１１が膨らんでいる。一方、平坦面２２２は、平坦面２２１とは反対側を向く。すなわち、平坦面２２２は、方向Ｘ２を向く。平坦面２２２からは複数の第２凸レンズ面２１２が膨らんでいる。
【００４４】
図３、図７等に示す遮光部材３は遮光性を有する。遮光部材３は、凸レンズ部２１の絞りの役割を果たす。遮光部材３は、たとえば黒色の樹脂よりなる。遮光部材３は、レンズユニット１４に固定されている。遮光部材３は、レンズユニット１４の平坦面２２１に正対している。そのため、遮光部材３によって、平坦面２２１に光が到達することが回避される。これは、上述の正立像（ａ’→ｂ’）を鮮明にするのに資する。
【００４５】
遮光部材３には、複数の光通過孔３１が形成されている。各光通過孔３１の断面形状は、円形状を呈し、第１方向Ｘに延びる。各光通過孔３１の内面も黒色である。図７によく表れているように、複数の光通過孔３１にはそれぞれ、第１凸レンズ面２１１が進入している。光通過孔３１を光が通過したのちに、第１凸レンズ面２１１に光が入射する。
【００４６】
次に、レンズアレイ２における凸レンズ部２１を規定するパラメータについて説明する。
【００４７】
図９に凸レンズ部２１を規定するパラメータの一部を図示している。図１２に、凸レンズ部２１を規定するパラメータの具体的数値を示している。
【００４８】
Ｒｃ１は、第１凸レンズ面２１１の頂部（凸レンズ部２１の光軸と重なる）の曲率半径である（単位はｍｍである）。Ｒｃ２は、第２凸レンズ面２１２の頂部（凸レンズ部２１の光軸と重なる）の曲率半径である（単位はｍｍである）。ｔは、凸レンズ部２１の厚さ（第１凸レンズ面２１１の頂部と、第２凸レンズ面２１２の頂部との凸レンズ部２１の光軸に沿う距離）である（単位はｍｍである）。Ｋ１は、第１凸レンズ面２１１のコーニック定数である。Ｋ２は、第２凸レンズ面２１２のコーニック定数である。ＴＴＬは、結像距離（物体と像との距離、すなわち、図９の面Ｓと面Ｒとの離間距離）である（単位はｍｍである）。ｆは、凸レンズ部２１の焦点距離である（単位はｍｍである）。Ｆｎｏは、凸レンズ部２１のＦ値である。ＯＤは、凸レンズ部２１の光軸に沿った、第１凸レンズ面２１１の頂部と物体との距離（すなわち、第１凸レンズ面２１１の頂部と面Ｓとの離間距離）である（単位はｍｍである）。ＩＤは、凸レンズ部２１の光軸に沿った、第２凸レンズ面２１２の頂部と物体との距離（すなわち、第２凸レンズ面２１２の頂部と面Ｒとの離間距離）である（単位はｍｍである）。Ｒ１は、第１凸レンズ面２１１の有効径である。Ｒ２は、第２凸レンズ面２１２の有効径である。θ１は、第１凸レンズ面２１１側の半画角である（単位は度である）。θ２は、第２凸レンズ面２２２側の半画角である（単位は度である）。
【００４９】
図１２に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．１３までの１３通りのパラメータを用いて凸レンズ部２１の特性の評価を行った。図１３、図１４には、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の場合の第１凸レンズ面２１１と第２凸レンズ面２１２を規定する非球面係数を示している。図１３にはＮｏ．１〜Ｎｏ．９の場合の非球面係数を示しており、図１４にはＮｏ．１０〜Ｎｏ．１３の場合の非球面係数を示している。図１３および図１４にて、符号Ｒ１の右側の表は第１凸レンズ面２１１の非球面係数を示し、符号Ｒ２の右側の表は第２凸レンズ面２１２の非球面係数を示している。非球面式としては、下記の式を用いた。なお、図１３、図１４のＫは、図１２のＫ１もしくはＫ２と同一である。なお、図１２では数値を適宜四捨五入している。
【数１】
【００５０】
図１６〜図２８に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３までのパラメータを用いて計算した凸レンズ部２１の特性の結果について、それぞれ示している。各図の（ａ）は、像高特性の良否を判断するための表である。最も左の欄は物体高（ｍｍ）、中央の欄は像高（ｍｍ）、そして、最も右側の欄は物体光と像高の誤差（ｍｍ）を示している。各図の（ｂ）は、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示し、横軸は空間周波数（ｌｐ／ｍｍ）を示し、縦軸は（％）を示す。各図の（ｃ）は、１２（ｌｐ／ｍｍ）でのＭＴＦを示し、横軸はデフォーカス量（ｍｍ）を示し、縦軸は（％）を示す。
【００５１】
図１５には、図１６〜図２８を用いて、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の各場合の特性を評価した結果を示している。発明者によると、以上のＮｏ．１〜Ｎｏ．１３までのパラメータのうち、Ｎｏ．５のパラメータが最も好ましいことが分かった。そこで、Ｎｏ．５の場合の凸レンズ部２１の特性（図２０参照）を基準として、Ｎｏ．５以外の場合の特性について、◎、○、△、×の４段階で評価を行った。◎は、Ｎｏ．５の場合と比較して、突出して良好であることを示している。○は、Ｎｏ．５の場合とほぼ同等の特性であることを示している。△は、Ｎｏ．５の場合と比較して、あまり優れない特性であることを示している。×は、Ｎｏ．５の場合と比較して、全く優れない特性であることを示している。
【００５２】
◎、○、△、×の判断基準はおおよそ次のとおりである。
【００５３】
図１５の像高に関しては、図１６〜図２８の（ａ）のうち、凸レンズ部２１１の配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、（１）像高７０％以下のときに誤差が１０μｍ以下、且つ、（２）像高７０〜８０％のときに誤差が１５μｍ以下、を満たすとき、○とした。この（１）もしくは（２）を満たさないとき、△とした。誤差が５０μｍ以上、もしくは、像高が配列ピッチＰ１以下であるとき、×とした。特に、像高特性、ＭＴＦ、および周辺光量、の観点から凸レンズ部２１の特性の評価を行った。なお、像高特性は、図９の面Ｓに位置する物体の高さ（物体高）と、面Ｒに位置する像の高さ（像高）との差が０に近いほど好ましい、とされている。なお、以上の条件を満たしていても、像高が配列ピッチＰ１に満たないときには×としている。
【００５４】
図１５の解像（ＭＴＦ）に関しては、図１６〜図２８の（ｂ）のうち、（１）凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、像高８５％以下の１２ ｌｐ／ｍｍで４０％以上のとき、○とした。同様に、（２）凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、像高８５％以下の１２ ｌｐ／ｍｍで４０％近傍のとき、△とした。同様に、（３）凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、像高８５％以下の１２ ｌｐ／ｍｍで３０％以下のとき、×とした。
【００５５】
図１５の最も右欄の周辺光量比に関しては、同図の右から４つ目の欄の周辺光量比（配列ピッチＰ１を像高１００％とした値）が、（１）配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、５０％以上のとき、○とした。同様に、（２）配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、４９％以下且つ２５％以上のとき、△とした。同様に、（３）配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、２５％以下のとき、×とした。
【００５６】
また、図１５には、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の各場合の、Ｒｃ１／Ｒｃ２、ＴＴＬ／ｆ、ＴＴＬ／ｔについても示している。図１５のＲｃ１、Ｒｃ２、ＴＴＬ、ｆ、ｔは、図１２におけるものと同一である。
【００５７】
図１５の表に示すように、発明者は、以下の条件を満たすとき、解像度特性が○や◎となる場合が比較的多くなることについて知見を得た。
３≦ＴＴＬ／ｔ≦３．８５７
更に、発明者は、以下の条件を満たすとき、像高特性が○や◎となる場合が比較的多くなることについて知見を得た。
３．８５７≦ＴＴＬ／ｔ≦５．２８５
【００５８】
発明者は、以下の条件を満たせば、凸レンズ部２１の光学特性が比較的良好であると考えた。
２．８≦ＴＴＬ／ｔ≦６
ＴＴＬ／ｔが２．８より小さいと、像高特性があまり良くなかったり、もしくは、周辺光量比が悪くなってしまう傾向にある。一方、ＴＴＬ／ｔが６より大きいと、解像度が悪くなる傾向にあり、また、結像距離ＴＴＬが大きくなってしまう。
【００５９】
発明者は、以下の条件を満たすとき、解像度特性が○や◎となる場合が比較的多くなることについて知見を得た。
−８．０５≦ＴＴＬ／ｆ≦−６．６６７
更に、発明者は、以下の条件を満たすとき、像高特性が○や◎となる場合が比較的多くなることについて知見を得た。
−６．６７≦ＴＴＬ／ｆ≦−５．７１４
【００６０】
また、発明者は、以下の条件を満たせば、凸レンズ部２１の光学特性が比較的良好であると考えた。
−７．５≦ＴＴＬ／ｆ≦−５．２
ＴＴＬ／ｆが−７．５より小さいと、周辺光量比が悪化してしまう傾向にある。一方、ＴＴＬ／ｆが−５．２より大きいと、解像度が悪くなる傾向にあり、また、結像距離ＴＴＬが大きくなってしまう。
【００６１】
図１２の有効径Ｒ２は、有効径Ｒ１よりも大きいことが好ましく、有効径Ｒ２／有効径Ｒ１≧２であると更に好ましい。有効径Ｒ２／有効径Ｒ１が大きくなると、第１凸レンズ面２１１の有効径Ｒ１が相対的に小さくなることにつながる。これにより、第１凸レンズ面２１１にノイズを招来する余計な光が入射しにくくなる。
【００６２】
図９に示したように、半画角θ１と、距離ＯＤと、読取可能領域Ｓ１とは互いに関係している。図１０に示すように、読取可能領域Ｓ１は略円形状である。ｔａｎθ１は、読取可能領域Ｓ１の半径／距離ＯＤに一致する。なお、図１０には、レンズユニット１４において互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１をそれぞれ模式的に示している。
【００６３】
図１０に示すように、互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１は、互いに重なる。そのために、半画角θ１を、６〜１５度に設定している。本実施形態においては、読取可能領域Ｓ１の直径は、凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１に一致している。図１０に示す寸法Ｑ１は、互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１どうしが重なる領域（図１０では斜線を施している）の、第２方向Ｙにおける寸法である。配列ピッチＰ１に対する寸法Ｑ１の割合は、たとえば、５０〜２００％である。このことは、読取対象８９０の画像をきれいに読み取れる点において好ましい。たとえば、互いに隣接する凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１どうしが重ならない場合、読取対象８９０を読み取った画像に、黒い筋が形成される可能性がある。
【００６４】
図９に示したように、半画角θ２と、距離ＩＤと、結像領域Ｓ２とは互いに関係している。図１１に示すように、結像領域Ｓ２は略円形状である。ｔａｎθ２は、結像領域Ｓ２の半径／距離ＩＤに一致する。なお、図１１には、レンズユニット１４において互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の結像領域Ｓ２をそれぞれ模式的に示している。
【００６５】
図１１に示すように、互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の結像領域Ｓ２は、互いに重なる。そのために、半画角θ２を、６〜１５度に設定している。本実施形態においては、結像領域Ｓ２の直径は、凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１に一致している。図１１に示す寸法Ｑ２は、互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の結像領域Ｓ２どうしが重なる領域（図１１では斜線を施している）の、第２方向Ｙにおける寸法である。配列ピッチＰ１に対する寸法Ｑ２の割合は、たとえば、５０〜２００％である。このことは、読取対象８９０の画像をきれいに読み取れる点において好ましい。
【００６６】
また、図１２、図１５のＮｏ．５によると、コーニック定数Ｋ１が正であり、コーニック定数Ｋ２が負であることが好ましい可能性が示唆された。更に、Ｆｎｏを７．０よりも小さい値に設定することは、レンズの実用上好ましい。更に、Ｆ値が７より小さい（明るい）ことは、レンズユニット１４の実現化のうえでは好ましい。また、曲率半径Ｒｃ１と曲率半径Ｒｃ２との比の絶対値は、０．５〜２であることが、等倍画像を得るうえで好ましい。
【００６７】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００６８】
本実施形態においては、第１凸レンズ面２１１側の半画角θ１が、６〜１５度である。また、凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１は、０．３〜１ｍｍである。このような構成によると、互いに隣接する凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１どうしをより重ならせることができる。また、第２凸レンズ面２１２側の半画角θ２が、６〜１５度である。また、凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１は、０．３〜１ｍｍである。このような構成によると、互いに隣接する凸レンズ部２１の結像領域Ｓ２どうしが重なる領域を、より大きくすることができる。以上の構成によると、読取ムラを抑制することができ、読取対象の画像をきれいに読み取ることができる。
【００６９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００７０】
８０１ 画像読取装置
１１ 基板
１２ ケース
１３ 線状光源
１４ レンズユニット
１５ 受光素子
１６ 透光板
２ レンズアレイ
２１ 凸レンズ部
２１１ 第１凸レンズ面
２１２ 第２凸レンズ面
２２ ホルダ部
２２１ 平坦面
２２２ 平坦面
３ 遮光部材
３１ 光通過孔
８９０ 読取対象
ＴＴＬ 結像距離
ｔ 寸法
ｆ 焦点距離
Ｒｃ１ 曲率半径
Ｒｃ２ 曲率半径
Ｋ１ コーニック定数
Ｋ２ コーニック定数
θ１ 半画角
θ２ 半画角
Ｆ 値
ＯＤ 距離
ＩＤ 距離
Ｒ１ 有効径
Ｒ２ 有効径
Ｓ 面
Ｒ 面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ、レンズユニット、および画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、コピー機やスキャナ装置において画像読取装置が用いられている。画像読取装置は、光源と、レンズアレイユニットと、複数の受光素子と、を備える。光源から放たれた光は、原稿にて反射され、レンズアレイユニットを通過し、各受光素子に至る。このようにして、原稿における画像が画像読取装置によって読み込まれる。
【０００３】
上記のレンズアレイユニットは、複数の凸レンズを列状に並べたレンズアレイを含んでいる。このようなレンズアレイについては、特許文献１に記載されている。同文献に記載の各凸レンズは、第１のレンズ面と第２のレンズ面とを有する。第１のレンズ面は、物体の倒立像を、凸レンズ内に結像する。第２のレンズ面は、上記倒立像を反転させ第２のレンズ面の向く側に、物体の正立像を結像する。このようなレンズアレイユニットは、レンズ内部の屈折率が中心軸からの距離に応じて徐々に変化する屈折率分布ファイバーに比べ、安価であるといったメリットがある。
【０００４】
しかしながら、同文献１の記載からは、各凸レンズを規定するパラメータ等についての検討が十分であるとは言えない。一般的に光学の分野においては、レンズの形状等が少しでも変わると、光学特性が大きく変わることがある。そのため、各凸レンズを規定するパラメータによっては、原稿における画像をきれいに読み取れないおそれがある。そこで、凸レンズを規定するパラメータに関して研究が行われてきた。またレンズアレイに関しては、特許文献２にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３９９１１号公報
【特許文献２】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】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、読取対象における画像をよりきれいに読み取ることが可能なレンズアレイを提供することをその主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面によると、各々が第１方向に延びる複数の凸レンズ部と、上記複数の凸レンズ部を保持するホルダ部と、を備え、上記複数の凸レンズ部はそれぞれ、上記第１方向のうちの一方を向く第１凸レンズ面と、上記第１方向のうちの他方を向く第２凸レンズ面と、を有し、第１凸レンズ面は、物体の倒立像を結像し、上記第２凸レンズ面は、上記倒立像を再結像させることにより上記物体の正立像を結像し、上記第１凸レンズ面側の半画角が、６〜１５度であり、上記第２凸レンズ面側の半画角が、６〜１５度である、レンズアレイが提供される。
【０００８】
好ましくは、Ｆ値が７．０よりも小さい。
【０００９】
好ましくは、２．８≦ＴＴＬ／ｔ≦６の関係を満たす。
ＴＴＬは、上記第１方向における物体と上記正立像との距離である。ｔは、上記第１方向における、上記第１凸レンズ面の頂部と上記第２凸レンズ面の頂部との距離である。
【００１０】
好ましくは、−７．５≦ＴＴＬ／ｆ≦−５．２の関係を満たす。
ＴＴＬは、上記第１方向における物体と上記正立像との距離である。ｆは、上記凸レンズ部の焦点距離である。
【００１１】
好ましくは、上記第２凸レンズ面の有効径は、上記第１凸レンズ面の有効径よりも大きい。
【００１２】
好ましくは、上記第２凸レンズ面の有効径は、上記第１凸レンズ面の有効径の２倍以上である。
【００１３】
好ましくは、上記第１凸レンズ面のコーニック定数は正の値であり、上記第２凸レンズ面のコーニック定数は負の値である。
【００１４】
好ましくは、上記複数の凸レンズ部は、上記第１方向に直交する第２方向に沿って配列されている。
【００１５】
好ましくは、上記複数の凸レンズ部の上記第２方向における配列ピッチは、０．３〜１ｍｍである。
【００１６】
好ましくは、上記配列ピッチに対する、互いに隣接する２つの上記凸レンズ部の読取可能領域どうしが重なる領域の上記第２方向における寸法の割合が、５０〜２００％である
【００１７】
好ましくは、上記配列ピッチに対する、互いに隣接する２つの上記凸レンズ部の結像領域どうしが重なる領域の上記第２方向における寸法の割合が、５０〜２００％である。
【００１８】
好ましくは、上記複数の凸レンズ部は、上記ホルダ部と一体成型されている。
【００１９】
好ましくは、上記ホルダ部は、平坦面を有し、上記各第１凸レンズ面は、上記平坦面から膨らんでいる。
【００２０】
好ましくは、上記凸レンズ部および上記ホルダ部はいずれも樹脂よりなる。
【００２１】
本発明の第２の側面によると、本発明の第１の側面によって提供されるレンズアレイと、上記レンズアレイに固定され、且つ、複数の光通過孔が形成された遮光部材と、を備え、上記第１凸レンズ面は、上記複数の光通過孔のいずれか一つに進入している、レンズユニットが提供される。
【００２２】
本発明の第３の側面によると、本発明の第２の側面によって提供されるレンズユニットと、線状光源と、上記線状光源から発せられた後に上記物体としての読取対象にて反射した光を、上記レンズユニットを経由して受光する複数の受光素子と、を備える、画像読取装置が提供される。
【００２３】
好ましくは、上記複数の受光素子が搭載された基板と、上記レンズユニット、上記線状光源、および上記複数の受光素子を収容するケースと、を更に備える。
【００２４】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる画像読取装置の底面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる画像読取装置の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの正面図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの底面図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかるレンズアレイの平面図である。
【図７】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの部分拡大断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットにおける凸レンズ部２１を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットのパラメータを説明するための図である。
【図１０】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの読取可能領域どうしの重なりを示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態にかかるレンズユニットの結像領域どうしの重なりを示す図である。
【図１２】凸レンズ部を規定するパラメータの具体的数値を示す表である。
【図１３】第１凸レンズ面と第２凸レンズ面を規定する非球面係数を示している。
【図１４】第１凸レンズ面と第２凸レンズ面を規定する非球面係数を示している。
【図１５】図１６〜図２８を用いて、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の各場合の特性を評価した結果を示している。
【図１６】図１２のＮｏ．１の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図１７】図１２のＮｏ．２の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図１８】図１２のＮｏ．３の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図１９】図１２のＮｏ．４の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２０】図１２のＮｏ．５の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２１】図１２のＮｏ．６の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２２】図１２のＮｏ．７の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２３】図１２のＮｏ．８の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２４】図１２のＮｏ．９の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２５】図１２のＮｏ．１０の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２６】図１２のＮｏ．１１の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２７】図１２のＮｏ．１２の場合の特性を示す表およびグラフである。
【図２８】図１２のＮｏ．１３の場合の特性を示す表およびグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２７】
図１および図２に示す画像読取装置８０１は、基板１１（図１では略）と、ケース１２と、線状光源１３と、レンズユニット１４と、複数の受光素子１５と、透過板１６（図１では略）と、を備える。
【００２８】
基板１１は、第２方向Ｙに沿って延びる長矩形状である。基板１１は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂、もしくはセラミックスよりなる。複数の受光素子１５はそれぞれ、基板１１に搭載されている。複数の受光素子１５は、第２方向Ｙに沿って配列されている。複数の受光素子１５はそれぞれ、受けた光の光量に応じた電気信号を出力する、光電変換機能を果たす。
【００２９】
ケース１２は、画像読取装置８０１の外形を構成し、画像読取装置８０１のケース１２以外の要素を収容している。ケース１２は、第２方向Ｙに長く延びており、第２方向Ｙに直交する面による断面形状は、略矩形状である。ケース１２は、たとえば、液晶ポリマ樹脂よりなる。
【００３０】
線状光源１３は、第２方向Ｙに沿う線状の光を発する。線状光源１３は、ＬＥＤモジュール１３１および導光体１３２を含む。
【００３１】
ＬＥＤモジュール１３１は、ケース１２の長手方向の一端寄りの位置において、ケース１２に収容されている。ＬＥＤモジュール１３１は、たとえば赤外光や可視光を発する。導光体１３２は、第２方向Ｙに延びる棒状である。導光体１３２は、入射面、反射面、および出射面を有する。ＬＥＤモジュール１３１からの光は、導光体１３２における入射面に入射したのち、反射面にて反射する。反射面にて反射した光は、出射面から導光体１３２の外部に出射される。導光体１３２から出射した光は、透過板１６を通過し読取対象８９０にて反射する。そして読取対象８９０にて反射した光は、再び透過板１６を通過し、レンズユニット１４に向かう。
【００３２】
レンズユニット１４は、読取対象８９０から進行してきた光を、正立等倍で受光素子１５に集光する。レンズユニット１４の具体的構成は以下のとおりである。
【００３３】
図４、図７に示すように、レンズユニット１４は、レンズアレイ２と遮光部材３とを含む。
【００３４】
レンズアレイ２は、一方向（第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙ）に延びる直方体状である。図５、図６に示すように、レンズアレイ２は、複数の凸レンズ部２１と、ホルダ部２２と、を有する。本実施形態においてレンズアレイ２は、透明な樹脂よりなる。このような樹脂としては、たとえば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）やＰＣ（ポリカーボネート）が挙げられる。レンズアレイ２は一体成型されている。そのため、複数の凸レンズ部２１およびホルダ部２２は、一体であり且つ同一の材料よりなる。
【００３５】
複数の凸レンズ部２１は各々、第１方向Ｘに延びる。図６に示すように、複数の凸レンズ部２１は第１方向Ｘ視において、互いに隣り合う。図７に示すように、本実施形態においては、複数の凸レンズ部２１は、第２方向Ｙに沿って配列されている。複数の凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１は、０．３〜１ｍｍであり、本実施形態では０．７ｍｍである。
【００３６】
図７に示すように、複数の凸レンズ部２１は各々、第１凸レンズ面２１１と第２凸レンズ面２１２とを有する。
【００３７】
第１凸レンズ面２１１は、第１方向Ｘのうちの一方（以下、方向Ｘ１と言う）を向く。第１凸レンズ面２１１は、方向Ｘ１に向かって膨らむ形状を呈する。複数の凸レンズ部２１における第１凸レンズ面２１１の形状は、互いに同一である。図６に示すように、複数の第１凸レンズ面２１１は、第１方向Ｘ視において、互いに離間している。一方、図７に示すように、第２凸レンズ面２１２は、第１凸レンズ面２１１の向く方向とは反対方向を向く。すなわち、第２凸レンズ面２１２は、第１方向Ｘのうちの他方（以下、方向Ｘ２と言う）を向く。第２凸レンズ面２１２は、方向Ｘ２に向かって膨らむ形状を呈する。複数の凸レンズ部２１における第２凸レンズ面２１２の形状は、互いに同一である。なお、本実施形態においては、第２凸レンズ面２１２の直径は、第１凸レンズ面２１１の直径よりも大きい。図５に示すように、複数の第２凸レンズ面２１２のうちの隣接する２つは、第１方向Ｘ視において互いに接している。
【００３８】
図８は、１つの凸レンズ部２１を模式的に示している。
【００３９】
同図に示すように、第１凸レンズ面２１１は、物体（ａ→ｂ）の倒立像（ａ”→ｂ”）を結像する。すなわち、第１凸レンズ面２１１は、第１凸レンズ面２１１の正面の面Ｓに存在する物体（ａ→ｂ）からの光を受けると、当該光を所定の箇所に集束させることにより、物体（ａ→ｂ）の倒立像（ａ”→ｂ”）を凸レンズ部２１の内部に結像させる。本実施形態においては、倒立像（ａ”→ｂ”）は倒立縮小像である。そして、第２凸レンズ面２１２は、倒立像（ａ”→ｂ”）を再結像させることにより、物体（ａ→ｂ）の正立像（ａ’→ｂ’）を結像する。すなわち、第２凸レンズ面２１２は、第１凸レンズ面２１１を透過してきた光を受けると、倒立像（ａ”→ｂ”）を反転させる。本実施形態においては、第２凸レンズ面２１２は、上記倒立縮小像を反転および拡大し、第２凸レンズ面２１２の正面に位置する面Ｒに、正立像（ａ’→ｂ’）として正立等倍像を結像する。
【００４０】
なお、画像読取装置８０１においては、図２の読取対象８９０は、図８の面Ｓに位置し、図２の受光素子１５は、図８の面Ｒに位置する。
【００４１】
凸レンズ部２１を規定するパラメータ等については、後述する。
【００４２】
図４〜図６に示すホルダ部２２は、複数の凸レンズ部２１を保持する。ホルダ部２２は、平坦面２２１および平坦面２２２を有する。
【００４３】
平坦面２２１は、方向Ｘ１を向く。平坦面２２１からは複数の第１凸レンズ面２１１が膨らんでいる。一方、平坦面２２２は、平坦面２２１とは反対側を向く。すなわち、平坦面２２２は、方向Ｘ２を向く。平坦面２２２からは複数の第２凸レンズ面２１２が膨らんでいる。
【００４４】
図３、図７等に示す遮光部材３は遮光性を有する。遮光部材３は、凸レンズ部２１の絞りの役割を果たす。遮光部材３は、たとえば黒色の樹脂よりなる。遮光部材３は、レンズユニット１４に固定されている。遮光部材３は、レンズユニット１４の平坦面２２１に正対している。そのため、遮光部材３によって、平坦面２２１に光が到達することが回避される。これは、上述の正立像（ａ’→ｂ’）を鮮明にするのに資する。
【００４５】
遮光部材３には、複数の光通過孔３１が形成されている。各光通過孔３１の断面形状は、円形状を呈し、第１方向Ｘに延びる。各光通過孔３１の内面も黒色である。図７によく表れているように、複数の光通過孔３１にはそれぞれ、第１凸レンズ面２１１が進入している。光通過孔３１を光が通過したのちに、第１凸レンズ面２１１に光が入射する。
【００４６】
次に、レンズアレイ２における凸レンズ部２１を規定するパラメータについて説明する。
【００４７】
図９に凸レンズ部２１を規定するパラメータの一部を図示している。図１２に、凸レンズ部２１を規定するパラメータの具体的数値を示している。
【００４８】
Ｒｃ１は、第１凸レンズ面２１１の頂部（凸レンズ部２１の光軸と重なる）の曲率半径である（単位はｍｍである）。Ｒｃ２は、第２凸レンズ面２１２の頂部（凸レンズ部２１の光軸と重なる）の曲率半径である（単位はｍｍである）。ｔは、凸レンズ部２１の厚さ（第１凸レンズ面２１１の頂部と、第２凸レンズ面２１２の頂部との凸レンズ部２１の光軸に沿う距離）である（単位はｍｍである）。Ｋ１は、第１凸レンズ面２１１のコーニック定数である。Ｋ２は、第２凸レンズ面２１２のコーニック定数である。ＴＴＬは、結像距離（物体と像との距離、すなわち、図９の面Ｓと面Ｒとの離間距離）である（単位はｍｍである）。ｆは、凸レンズ部２１の焦点距離である（単位はｍｍである）。Ｆｎｏは、凸レンズ部２１のＦ値である。ＯＤは、凸レンズ部２１の光軸に沿った、第１凸レンズ面２１１の頂部と物体との距離（すなわち、第１凸レンズ面２１１の頂部と面Ｓとの離間距離）である（単位はｍｍである）。ＩＤは、凸レンズ部２１の光軸に沿った、第２凸レンズ面２１２の頂部と物体との距離（すなわち、第２凸レンズ面２１２の頂部と面Ｒとの離間距離）である（単位はｍｍである）。Ｒ１は、第１凸レンズ面２１１の有効径である。Ｒ２は、第２凸レンズ面２１２の有効径である。θ１は、第１凸レンズ面２１１側の半画角である（単位は度である）。θ２は、第２凸レンズ面２２２側の半画角である（単位は度である）。
【００４９】
図１２に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．１３までの１３通りのパラメータを用いて凸レンズ部２１の特性の評価を行った。図１３、図１４には、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の場合の第１凸レンズ面２１１と第２凸レンズ面２１２を規定する非球面係数を示している。図１３にはＮｏ．１〜Ｎｏ．９の場合の非球面係数を示しており、図１４にはＮｏ．１０〜Ｎｏ．１３の場合の非球面係数を示している。図１３および図１４にて、符号Ｒ１の右側の表は第１凸レンズ面２１１の非球面係数を示し、符号Ｒ２の右側の表は第２凸レンズ面２１２の非球面係数を示している。非球面式としては、下記の式を用いた。なお、図１３、図１４のＫは、図１２のＫ１もしくはＫ２と同一である。なお、図１２では数値を適宜四捨五入している。
【数１】
【００５０】
図１６〜図２８に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３までのパラメータを用いて計算した凸レンズ部２１の特性の結果について、それぞれ示している。各図の（ａ）は、像高特性の良否を判断するための表である。最も左の欄は物体高（ｍｍ）、中央の欄は像高（ｍｍ）、そして、最も右側の欄は物体光と像高の誤差（ｍｍ）を示している。各図の（ｂ）は、ＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示し、横軸は空間周波数（ｌｐ／ｍｍ）を示し、縦軸は（％）を示す。各図の（ｃ）は、１２（ｌｐ／ｍｍ）でのＭＴＦを示し、横軸はデフォーカス量（ｍｍ）を示し、縦軸は（％）を示す。
【００５１】
図１５には、図１６〜図２８を用いて、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の各場合の特性を評価した結果を示している。発明者によると、以上のＮｏ．１〜Ｎｏ．１３までのパラメータのうち、Ｎｏ．５のパラメータが最も好ましいことが分かった。そこで、Ｎｏ．５の場合の凸レンズ部２１の特性（図２０参照）を基準として、Ｎｏ．５以外の場合の特性について、◎、○、△、×の４段階で評価を行った。◎は、Ｎｏ．５の場合と比較して、突出して良好であることを示している。○は、Ｎｏ．５の場合とほぼ同等の特性であることを示している。△は、Ｎｏ．５の場合と比較して、あまり優れない特性であることを示している。×は、Ｎｏ．５の場合と比較して、全く優れない特性であることを示している。
【００５２】
◎、○、△、×の判断基準はおおよそ次のとおりである。
【００５３】
図１５の像高に関しては、図１６〜図２８の（ａ）のうち、凸レンズ部２１１の配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、（１）像高７０％以下のときに誤差が１０μｍ以下、且つ、（２）像高７０〜８０％のときに誤差が１５μｍ以下、を満たすとき、○とした。この（１）もしくは（２）を満たさないとき、△とした。誤差が５０μｍ以上、もしくは、像高が配列ピッチＰ１以下であるとき、×とした。特に、像高特性、ＭＴＦ、および周辺光量、の観点から凸レンズ部２１の特性の評価を行った。なお、像高特性は、図９の面Ｓに位置する物体の高さ（物体高）と、面Ｒに位置する像の高さ（像高）との差が０に近いほど好ましい、とされている。なお、以上の条件を満たしていても、像高が配列ピッチＰ１に満たないときには×としている。
【００５４】
図１５の解像（ＭＴＦ）に関しては、図１６〜図２８の（ｂ）のうち、（１）凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、像高８５％以下の１２ ｌｐ／ｍｍで４０％以上のとき、○とした。同様に、（２）凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、像高８５％以下の１２ ｌｐ／ｍｍで４０％近傍のとき、△とした。同様に、（３）凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、像高８５％以下の１２ ｌｐ／ｍｍで３０％以下のとき、×とした。
【００５５】
図１５の最も右欄の周辺光量比に関しては、同図の右から４つ目の欄の周辺光量比（配列ピッチＰ１を像高１００％とした値）が、（１）配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、５０％以上のとき、○とした。同様に、（２）配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、４９％以下且つ２５％以上のとき、△とした。同様に、（３）配列ピッチＰ１を像高１００％とした場合に、２５％以下のとき、×とした。
【００５６】
また、図１５には、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の各場合の、Ｒｃ１／Ｒｃ２、ＴＴＬ／ｆ、ＴＴＬ／ｔについても示している。図１５のＲｃ１、Ｒｃ２、ＴＴＬ、ｆ、ｔは、図１２におけるものと同一である。
【００５７】
図１５の表に示すように、発明者は、以下の条件を満たすとき、解像度特性が○や◎となる場合が比較的多くなることについて知見を得た。
３≦ＴＴＬ／ｔ≦３．８５７
更に、発明者は、以下の条件を満たすとき、像高特性が○や◎となる場合が比較的多くなることについて知見を得た。
３．８５７≦ＴＴＬ／ｔ≦５．２８５
【００５８】
発明者は、以下の条件を満たせば、凸レンズ部２１の光学特性が比較的良好であると考えた。
２．８≦ＴＴＬ／ｔ≦６
ＴＴＬ／ｔが２．８より小さいと、像高特性があまり良くなかったり、もしくは、周辺光量比が悪くなってしまう傾向にある。一方、ＴＴＬ／ｔが６より大きいと、解像度が悪くなる傾向にあり、また、結像距離ＴＴＬが大きくなってしまう。
【００５９】
発明者は、以下の条件を満たすとき、解像度特性が○や◎となる場合が比較的多くなることについて知見を得た。
−８．０５≦ＴＴＬ／ｆ≦−６．６６７
更に、発明者は、以下の条件を満たすとき、像高特性が○や◎となる場合が比較的多くなることについて知見を得た。
−６．６７≦ＴＴＬ／ｆ≦−５．７１４
【００６０】
また、発明者は、以下の条件を満たせば、凸レンズ部２１の光学特性が比較的良好であると考えた。
−７．５≦ＴＴＬ／ｆ≦−５．２
ＴＴＬ／ｆが−７．５より小さいと、周辺光量比が悪化してしまう傾向にある。一方、ＴＴＬ／ｆが−５．２より大きいと、解像度が悪くなる傾向にあり、また、結像距離ＴＴＬが大きくなってしまう。
【００６１】
図１２の有効径Ｒ２は、有効径Ｒ１よりも大きいことが好ましく、有効径Ｒ２／有効径Ｒ１≧２であると更に好ましい。有効径Ｒ２／有効径Ｒ１が大きくなると、第１凸レンズ面２１１の有効径Ｒ１が相対的に小さくなることにつながる。これにより、第１凸レンズ面２１１にノイズを招来する余計な光が入射しにくくなる。
【００６２】
図９に示したように、半画角θ１と、距離ＯＤと、読取可能領域Ｓ１とは互いに関係している。図１０に示すように、読取可能領域Ｓ１は略円形状である。ｔａｎθ１は、読取可能領域Ｓ１の半径／距離ＯＤに一致する。なお、図１０には、レンズユニット１４において互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１をそれぞれ模式的に示している。
【００６３】
図１０に示すように、互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１は、互いに重なる。そのために、半画角θ１を、６〜１５度に設定している。本実施形態においては、読取可能領域Ｓ１の直径は、凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１に一致している。図１０に示す寸法Ｑ１は、互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１どうしが重なる領域（図１０では斜線を施している）の、第２方向Ｙにおける寸法である。配列ピッチＰ１に対する寸法Ｑ１の割合は、たとえば、５０〜２００％である。このことは、読取対象８９０の画像をきれいに読み取れる点において好ましい。たとえば、互いに隣接する凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１どうしが重ならない場合、読取対象８９０を読み取った画像に、黒い筋が形成される可能性がある。
【００６４】
図９に示したように、半画角θ２と、距離ＩＤと、結像領域Ｓ２とは互いに関係している。図１１に示すように、結像領域Ｓ２は略円形状である。ｔａｎθ２は、結像領域Ｓ２の半径／距離ＩＤに一致する。なお、図１１には、レンズユニット１４において互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の結像領域Ｓ２をそれぞれ模式的に示している。
【００６５】
図１１に示すように、互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の結像領域Ｓ２は、互いに重なる。そのために、半画角θ２を、６〜１５度に設定している。本実施形態においては、結像領域Ｓ２の直径は、凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１に一致している。図１１に示す寸法Ｑ２は、互いに隣接する２つの凸レンズ部２１の結像領域Ｓ２どうしが重なる領域（図１１では斜線を施している）の、第２方向Ｙにおける寸法である。配列ピッチＰ１に対する寸法Ｑ２の割合は、たとえば、５０〜２００％である。このことは、読取対象８９０の画像をきれいに読み取れる点において好ましい。
【００６６】
また、図１２、図１５のＮｏ．５によると、コーニック定数Ｋ１が正であり、コーニック定数Ｋ２が負であることが好ましい可能性が示唆された。更に、Ｆｎｏを７．０よりも小さい値に設定することは、レンズの実用上好ましい。更に、Ｆ値が７より小さい（明るい）ことは、レンズユニット１４の実現化のうえでは好ましい。また、曲率半径Ｒｃ１と曲率半径Ｒｃ２との比の絶対値は、０．５〜２であることが、等倍画像を得るうえで好ましい。
【００６７】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００６８】
本実施形態においては、第１凸レンズ面２１１側の半画角θ１が、６〜１５度である。また、凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１は、０．３〜１ｍｍである。このような構成によると、互いに隣接する凸レンズ部２１の読取可能領域Ｓ１どうしをより重ならせることができる。また、第２凸レンズ面２１２側の半画角θ２が、６〜１５度である。また、凸レンズ部２１の配列ピッチＰ１は、０．３〜１ｍｍである。このような構成によると、互いに隣接する凸レンズ部２１の結像領域Ｓ２どうしが重なる領域を、より大きくすることができる。以上の構成によると、読取ムラを抑制することができ、読取対象の画像をきれいに読み取ることができる。
【００６９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００７０】
８０１ 画像読取装置
１１ 基板
１２ ケース
１３ 線状光源
１４ レンズユニット
１５ 受光素子
１６ 透光板
２ レンズアレイ
２１ 凸レンズ部
２１１ 第１凸レンズ面
２１２ 第２凸レンズ面
２２ ホルダ部
２２１ 平坦面
２２２ 平坦面
３ 遮光部材
３１ 光通過孔
８９０ 読取対象
ＴＴＬ 結像距離
ｔ 寸法
ｆ 焦点距離
Ｒｃ１ 曲率半径
Ｒｃ２ 曲率半径
Ｋ１ コーニック定数
Ｋ２ コーニック定数
θ１ 半画角
θ２ 半画角
Ｆ 値
ＯＤ 距離
ＩＤ 距離
Ｒ１ 有効径
Ｒ２ 有効径
Ｓ 面
Ｒ 面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が第１方向に延びる複数の凸レンズ部と、
上記複数の凸レンズ部を保持するホルダ部と、を備え、
上記複数の凸レンズ部はそれぞれ、上記第１方向のうちの一方を向く第１凸レンズ面と、上記第１方向のうちの他方を向く第２凸レンズ面と、を有し、
第１凸レンズ面は、物体の倒立像を結像し、上記第２凸レンズ面は、上記倒立像を再結像させることにより上記物体の正立像を結像し、
上記第１凸レンズ面側の半画角が、６〜１５度であり、上記第２凸レンズ面側の半画角が、６〜１５度である、レンズアレイ。
【請求項２】
Ｆ値が７．０よりも小さい、請求項１に記載のレンズアレイ。
【請求項３】
２．８≦ＴＴＬ／ｔ≦６の関係を満たす、請求項１または請求項２に記載のレンズアレイ。
ＴＴＬは、上記第１方向における物体と上記正立像との距離である。ｔは、上記第１方向における、上記第１凸レンズ面の頂部と上記第２凸レンズ面の頂部との距離である。
【請求項４】
−７．５≦ＴＴＬ／ｆ≦−５．２の関係を満たす、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレンズアレイ。
ＴＴＬは、上記第１方向における物体と上記正立像との距離である。ｆは、上記凸レンズ部の焦点距離である。
【請求項５】
上記第２凸レンズ面の有効径は、上記第１凸レンズ面の有効径よりも大きい、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項６】
上記第２凸レンズ面の有効径は、上記第１凸レンズ面の有効径の２倍以上である、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項７】
上記第１凸レンズ面のコーニック定数は正の値であり、上記第２凸レンズ面のコーニック定数は負の値である、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項８】
上記複数の凸レンズ部は、上記第１方向に直交する第２方向に沿って配列されている、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項９】
上記複数の凸レンズ部の上記第２方向における配列ピッチは、０．３〜１ｍｍである、請求項８に記載のレンズアレイ。
【請求項１０】
上記配列ピッチに対する、互いに隣接する２つの上記凸レンズ部の読取可能領域どうしが重なる領域の上記第２方向における寸法の割合が、５０〜２００％である、請求項９に記載のレンズアレイ。
【請求項１１】
上記配列ピッチに対する、互いに隣接する２つの上記凸レンズ部の結像領域どうしが重なる領域の上記第２方向における寸法の割合が、５０〜２００％である、請求項９または請求項１０に記載のレンズアレイ。
【請求項１２】
上記複数の凸レンズ部は、上記ホルダ部と一体成型されている、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項１３】
上記ホルダ部は、平坦面を有し、上記各第１凸レンズ面は、上記平坦面から膨らんでいる、請求項１２に記載のレンズアレイ。
【請求項１４】
上記凸レンズ部および上記ホルダ部はいずれも、樹脂よりなる、請求項１３に記載のレンズアレイ。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載のレンズアレイと、
上記レンズアレイに固定され、且つ、複数の光通過孔が形成された遮光部材と、を備え、
上記第１凸レンズ面は、上記複数の光通過孔のいずれか一つに進入している、レンズユニット。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレンズユニットと、
線状光源と、
上記線状光源から発せられた後に上記物体としての読取対象にて反射した光を、上記レンズユニットを経由して受光する複数の受光素子と、を備える、画像読取装置。
【請求項１７】
上記複数の受光素子が搭載された基板と、
上記レンズユニット、上記線状光源、および上記複数の受光素子を収容するケースと、を更に備える、請求項１６に記載の画像読取装置。
【請求項１】
各々が第１方向に延びる複数の凸レンズ部と、
上記複数の凸レンズ部を保持するホルダ部と、を備え、
上記複数の凸レンズ部はそれぞれ、上記第１方向のうちの一方を向く第１凸レンズ面と、上記第１方向のうちの他方を向く第２凸レンズ面と、を有し、
第１凸レンズ面は、物体の倒立像を結像し、上記第２凸レンズ面は、上記倒立像を再結像させることにより上記物体の正立像を結像し、
上記第１凸レンズ面側の半画角が、６〜１５度であり、上記第２凸レンズ面側の半画角が、６〜１５度である、レンズアレイ。
【請求項２】
Ｆ値が７．０よりも小さい、請求項１に記載のレンズアレイ。
【請求項３】
２．８≦ＴＴＬ／ｔ≦６の関係を満たす、請求項１または請求項２に記載のレンズアレイ。
ＴＴＬは、上記第１方向における物体と上記正立像との距離である。ｔは、上記第１方向における、上記第１凸レンズ面の頂部と上記第２凸レンズ面の頂部との距離である。
【請求項４】
−７．５≦ＴＴＬ／ｆ≦−５．２の関係を満たす、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレンズアレイ。
ＴＴＬは、上記第１方向における物体と上記正立像との距離である。ｆは、上記凸レンズ部の焦点距離である。
【請求項５】
上記第２凸レンズ面の有効径は、上記第１凸レンズ面の有効径よりも大きい、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項６】
上記第２凸レンズ面の有効径は、上記第１凸レンズ面の有効径の２倍以上である、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項７】
上記第１凸レンズ面のコーニック定数は正の値であり、上記第２凸レンズ面のコーニック定数は負の値である、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項８】
上記複数の凸レンズ部は、上記第１方向に直交する第２方向に沿って配列されている、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項９】
上記複数の凸レンズ部の上記第２方向における配列ピッチは、０．３〜１ｍｍである、請求項８に記載のレンズアレイ。
【請求項１０】
上記配列ピッチに対する、互いに隣接する２つの上記凸レンズ部の読取可能領域どうしが重なる領域の上記第２方向における寸法の割合が、５０〜２００％である、請求項９に記載のレンズアレイ。
【請求項１１】
上記配列ピッチに対する、互いに隣接する２つの上記凸レンズ部の結像領域どうしが重なる領域の上記第２方向における寸法の割合が、５０〜２００％である、請求項９または請求項１０に記載のレンズアレイ。
【請求項１２】
上記複数の凸レンズ部は、上記ホルダ部と一体成型されている、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項１３】
上記ホルダ部は、平坦面を有し、上記各第１凸レンズ面は、上記平坦面から膨らんでいる、請求項１２に記載のレンズアレイ。
【請求項１４】
上記凸レンズ部および上記ホルダ部はいずれも、樹脂よりなる、請求項１３に記載のレンズアレイ。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載のレンズアレイと、
上記レンズアレイに固定され、且つ、複数の光通過孔が形成された遮光部材と、を備え、
上記第１凸レンズ面は、上記複数の光通過孔のいずれか一つに進入している、レンズユニット。
【請求項１６】
請求項１５に記載のレンズユニットと、
線状光源と、
上記線状光源から発せられた後に上記物体としての読取対象にて反射した光を、上記レンズユニットを経由して受光する複数の受光素子と、を備える、画像読取装置。
【請求項１７】
上記複数の受光素子が搭載された基板と、
上記レンズユニット、上記線状光源、および上記複数の受光素子を収容するケースと、を更に備える、請求項１６に記載の画像読取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１３−８０１４５（Ｐ２０１３−８０１４５Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０８０１（Ｐ２０１１−２２０８０１）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【出願人】（５９１０２１６７１）日本電産ニッシン株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【出願人】（５９１０２１６７１）日本電産ニッシン株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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