光学素子及び光学素子アレイ、並びに読取ヘッド
【課題】読取ヘッドの製造コストの低減と小型化を図る
【解決手段】光学素子１５は、光学ブロック２０と、この光学ブロック２０の第１，第２曲面２３，２５の表面に形成された第１反射膜２１及び第２反射膜２２と、補償光学ブロック１８ａから構成される。第１反射膜２１が形成された第１曲面２３は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。光源部１３ａからＰ偏光の照明光が第１曲面２３の外面に入射し、これが透過して対物面２４から原稿１１に照射される。原稿１１からの物体光が対物面２４から第１曲面２３に入射する。物体光のうちＰ偏光の正反射光は、第１曲面２３を透過し、Ｓ偏光となる拡散反射光が第２曲面２５に向けて反射される。反射光は、第２反射膜２２が形成された第２曲面２５で反射されて射出面２６から光学ブロック２０の外部に射出されて結像する。
【解決手段】光学素子１５は、光学ブロック２０と、この光学ブロック２０の第１，第２曲面２３，２５の表面に形成された第１反射膜２１及び第２反射膜２２と、補償光学ブロック１８ａから構成される。第１反射膜２１が形成された第１曲面２３は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。光源部１３ａからＰ偏光の照明光が第１曲面２３の外面に入射し、これが透過して対物面２４から原稿１１に照射される。原稿１１からの物体光が対物面２４から第１曲面２３に入射する。物体光のうちＰ偏光の正反射光は、第１曲面２３を透過し、Ｓ偏光となる拡散反射光が第２曲面２５に向けて反射される。反射光は、第２反射膜２２が形成された第２曲面２５で反射されて射出面２６から光学ブロック２０の外部に射出されて結像する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び光学素子アレイ、並びに読取ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スキャナーや、複写機、ファクシミリ等の読取ヘッドでは、読み取り対象の原稿に照明光を照射し、その反射光を結像光学系を介して、多数の受光素子からなる受光素子アレイで受光することにより原稿を読み取っている。結像光学系は、原稿の像を受光素子アレイ上に結像する。結像光学系としては、多数のロッドレンズを並べたロッドレンズアレイが広く利用されている。ロッドレンズは、径方向の屈折率分布によって結像作用を有する棒状のレンズである。
【０００３】
また、反射面が対向するように配された一対の凹面鏡アレイによって構成された結像光学系も知られている（例えば、特許文献１を参照）。この特許文献１の結像光学系では、各凹面鏡アレイは、複数の凹面鏡を並べたものであり、物体からの光を一方の凹面鏡で反射させて他方の凹面鏡に入射し、この他方の凹面鏡で物体と反対方向に反射させて物体像を結像させている。
【０００４】
物体からの反射光を受光する場合、例えば反射原稿を読み取る場合には、その原稿に対して照明光を照射する必要がある。原稿で照明光が正反射された反射光を受光素子が受光した場合には、読み取った原稿像に光源が写り込んだものとなり不鮮明な像となる。また、正反射光によりハレーションが発生してコントラストが低下してしまうことがある。このため、一般的には、結像光学系を原稿の法線方向に配し、この法線に対して適当な角度を持った方向から原稿に照明光を照射し、正反射光が結像光学系や受光素子に入射しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６２２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のようなロッドレンズアレイを用いた読取ヘッドは、ロッドレンズ自体が高価であり、製造コストを上昇させる要因になっていた。また、上記のように斜め方向から原稿に照明光を照射する場合には、照明光を結像光学系の読み取り位置に入射させる必要があるため、光源の位置が制約される他、結像光学系と原稿との間に十分な間隔を設ける必要があった。このため、読取ヘッドやこれが内蔵されるスキャナー等の機器の小型化の妨げとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、低コスト化、小型化に有利な光学素子、及び光学素子アレイ，並びに読取ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明の光学素子は、物体を照明する照明光の光源に対向し曲面形状にされた第１曲面、この第１曲面から照明光の照射方向に設けられて物体に対面し、前記照明光を物体に向けて射出するとともに、物体で反射された物体光が入射する対物面、物体側に前記対物面と隣接して設けられ曲面形状にされた第２曲面、及び前記光源側に設けられ前記第１曲面に隣接した射出面を有する透明な光学ブロックと、前記対物面から入射した前記物体からの物体光を前記第２曲面に向けて反射するように前記第１曲面上に形成され、前記光源からの照射光及び前記物体からの物体光のうちの特定の直線偏光成分を透過し他の偏光成分を反射する第１反射膜と、前記第２曲面上に形成され、前記第１反射膜からの物体光を反射して前記射出面から射出することにより、前記光学ブロックの外側の所定位置に物体像を結像させる第２反射膜とを備えたものである。
【０００９】
前記第１及び第２曲面は、同一の面形状とし点対称に配置することが好ましい。また、前記物体からの物体光が、前記第１反射膜が形成された前記第１曲面から前記第２反射膜が形成された前記第２曲面までの間は平行光となってブロック内を通過し、前記第１曲面と前記第２曲面との反射による相互の収差が相殺されることが好ましい。さらに、前記第１及び第２曲面を、非球面とすることも好ましい。
【００１０】
また、前記光源と前記第１曲面との間に配された補償光学ブロックを備え、この補償光学ブロックは、前記光学ブロックと同じ屈折率であるとともに、前記対物面に平行にされ前記光源からの照明光が入射される入射平面と、前記第１曲面に沿った曲面とされた前記第１曲面に対向した射出対向面とを有し、前記第１曲面による屈折効果を相殺することが好ましい。前記入射平面には、平行光とされた照明光を垂直に入射するのがよい。
【００１１】
また、本発明の光学素子アレイは、上記の光学素子を複数個配列することにより、複数の前記第１，第２凹面鏡をそれぞれライン状に配列したものである。
【００１２】
隣接した前記各光学ブロックの間に配される遮光部材を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学素子アレイは、物体を照明する照明光の光源に対向し曲面形状にされた第１曲面、この第１曲面から照明光の照射方向に設けられて物体に対面し、前記照明光を物体に向けて射出するとともに、物体で反射された物体光が入射する対物面、物体側に前記対物面と隣接して設けられ曲面形状にされた第２曲面、及び前記光源側に設けられ前記第１曲面に隣接した射出面からなる４面を１組の面としてそれぞれが有する複数の透明な光学ブロックが一体に形成され、同じ種類の面がそれぞれライン状として配列されたアレイブロックと、前記対物面から入射した前記物体からの物体光を同じ組の前記第２曲面に向けて反射するように前記各第１曲面上に形成され、前記光源からの照射光及び前記物体からの物体光のうちの特定の直線偏光成分を透過し他の偏光成分を反射する複数の第１反射膜と、前記各第２曲面上に形成され、同じ組の前記第１反射膜からの物体光を反射して前記射出面から射出することにより、前記光学アレイブロックの外側の所定位置に物体像を結像させる第２反射膜とを備えるものである。
【００１４】
光源と前記各第１曲面との間にそれぞれ配された複数の補償光学ブロックを備え、前記各補償光学ブロックは、前記光学ブロックと同じ屈折率であるとともに、前記対物面に平行にされ、前記光源からの照明光が入射される入射平面と、前記第１曲面に沿った曲面とされ、前記第１曲面に対向した射出対向面とを有し、前記第１曲面による屈折効果を相殺することが好ましい。前記入射平面には、平行光とされた照明光を垂直に入射するのがよい。さらに、前記複数の補償光学ブロックを一体に形成することも好ましい。
【００１５】
また、本発明の読取ヘッドは、上記光学素子アレイと、前記光源を有し各第１凹面鏡のそれぞれに照明光を入射する照明装置と、前記射出面にそれぞれ対向して設けられた複数の受光素子からなるラインセンサとを備えたものである。前記照明装置は、前記特定の直線偏光成分からなる照明光を照射することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光学素子を安価に作製できるので、光学素子アレイ、あるいは読取ヘッドの製造コストを低減することができる。また、光学ブロックの対物面から照明光を照射し、その対物面に物体で反射された物体光を入射させるので、結像光学系である光学素子を物体に近接して配置することができ、光学素子を搭載した装置の小型化を図ることができる。また、第１曲面に形成した第１反射膜が特定の直線偏光成分を透過し他の成分を反射するようにしたから、物体には、特定の直線偏光成分の照明光が照射され、それの正反射光が第１曲面で反射されることなく透過するので、光源の写り込みがなく、またハレーション等の発生を防止できるため画質のよい像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の読取ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図２】１個の光学素子とそれに対応する光源部及び受光素子からなる読取モジュールの構成を示す分解斜視図である。
【図３】読取モジュールの光学系を示す説明図である。
【図４】光学素子アレイの構成を示す分解斜視図である。
【図５】各光学ブロックの側面に遮光膜を一体に形成した例を示す説明図である。
【図６】１個の光学アレイブロックを用いて光学素子アレイを構成した例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１において、読取ヘッド１０は、スキャナーや、ファクシミリ、複写機等に内蔵されて原稿１１の光学的な読み取りを行う。読取ヘッド１０は、光学素子アレイ１２と、照明装置１３と、ラインセンサ１４とを有する。この読取ヘッド１０は、照明装置１３からの照明光で原稿１１を照明し、原稿１１からの反射光（以下、物体光という）を光学素子アレイ１２を介してラインセンサ１４で受光することにより、原稿１１を１ラインずつ読み取って電気的な信号に変換する。１ラインは、主走査方向（原稿１１の幅方向：矢印Ｍ方向）に並ぶ多数の画素からなる。
【００１９】
原稿１１は、搬送機構（図示省略）により、主走査方向と直交する副走査方向（矢印Ｓ方向）に搬送される。この搬送の際に、原稿１１が１ライン分搬送されるごとに読取ヘッド１０による１ラインの読み取りを行う。原稿１１を搬送する代りに、原稿１１に対して読取ヘッド１０を副走査方向に移動させてもよい。
【００２０】
光学素子アレイ１２の下方に原稿１１が配され、光学素子アレイ１２の上方に照明装置１３及びラインセンサ１４が配されている。なお、これらの配置は、各部相互の相対的な位置関係が同じであれば他の配置でもよい。例えば、光学素子アレイ１２の上方に原稿１１を、下方に照明装置１３及びラインセンサ１４を配してもよい、また、光学素子アレイ１２を上下方向に長く配置し、光学素子アレイ１２を挟んでその各側方に原稿１１、照明装置１３とラインセンサ１４をそれぞれ配してもよい。
【００２１】
光学素子アレイ１２は、複数の光学素子１５を主走査方向に１列に並べて一体化したものである。光学素子１５は、結像光学系を構成しており、光学素子アレイ１２とすることにより、主走査方向に伸びるラインの像を結像する。また、光学素子アレイ１２は、各光学素子１５の間に遮光板１６（図４参照）が設けられている。
【００２２】
照明装置１３は、詳細を後述するように、光学素子アレイ１２を通して原稿１１を照明する。この照明装置１３は、光学素子１５ごとに設けられた複数の光源部１３ａから構成されている。照明装置１３の直下には、光学素子アレイ１２の一部を構成する補償光学部１８が配されている。補償光学部１８は、複数の補償光学ブロック１８ａから構成される。ラインセンサ１４は、多数の受光素子１４ａ（図２参照）を主走査方向に１列に配列したものであり、１個の光学素子１５に対して複数の受光素子１４ａが対応している。
【００２３】
なお、図１では、１１個の光学素子１５からなる光学素子アレイ１２を描いてあるが、実際にはより多くの光学素子１５が設けられている。また、光源として複数の光源部１３ａを用いているが、例えば主走査方向に長いランプを用いてもよい。
【００２４】
図２及び図３において、光学素子１５は、光学ブロック２０と、この光学ブロック２０の表面に一体に形成された第１反射膜２１及び第２反射膜２２と、補償光学ブロック１８ａとから構成される。光学ブロック２０は、略六角柱形状に形成されており、その略六角形状をした一対の側面２０ａを主走査方向に向けた姿勢とされ、その他の６面のうちの２面（第１曲面２３，射出面２６）が光源部１３ａ側に隣接して設けられ、他の２面（対物面２４，第２曲面２５）が原稿１１側に隣接して設けられており、第１曲面２３から対物面２４に至る部分が光源部１３ａと原稿１１との間に配されている。光学ブロック２０は、透明な材料で作製されている。この透明な材料としては、ガラスやプラスチックを用いることができる。なお、図３では、補償光学ブロック１８ａ、光学ブロック２０の各面における照明光、物体光の屈折を省略して描いてある。
【００２５】
光学ブロック２０の第１曲面２３は、光源部１３ａの下方に配されている。この第１曲面２３は、外側に凸状の曲面形状に形成されている。この第１曲面２３の表面に、詳細を後述する第１反射膜２１を形成することにより、第１曲面２３を光学ブロック２０の内部側に凹面を向けた凹面鏡及び偏向ビームスプリッタとして機能させる。対物面２４は、第１曲面２３の下方、すなわち第１曲面２３から照明光の照射方向に設けられて原稿１１に対面する。この対物面２４は、光源部１３ａによる照明光の照射方向と垂直な平面とされ、原稿１１と平行になっている。
【００２６】
第２曲面２５は、対物面２４と同様に原稿１１側に配されている。この第２曲面２５は、対物面２４よりも副走査方向下流側に配されることで、照明光の照射方向と直交するずらし方向において、対物面２４からずれた位置に設けられている。第２曲面２５は、第１曲面２３と同様に外側に凸状の曲面形状に形成されており、その表面に第２反射膜２２を形成することにより、光学ブロック２０の内部側に凹面を向けた凹面鏡として機能する。射出面２６は、第１曲面２３と同様に光源側で、第１曲面２３よりも搬送方向下流側に配されることにより、対物面２４のずらし方向と同じ方向にずらした位置に配され第２曲面２５の上方に位置している。この射出面２６は、光源部１３ａによる照明光の照射方向と垂直な平面となっている。
【００２７】
この例においては、上記のように各面２３〜２６が配される光学ブロック２０は、光源部１３ａ側の第１曲面２３，射出面２６と、原稿１１側の対物面２４，第２曲面２５とが相互に、主走査方向の軸回りに回転対称な配置になっている。なお、必ずしも回転対称としなくてもよい。
【００２８】
第１反射膜２１は、第１曲面２３の表面に、例えば光学膜を蒸着することによって形成される。第１曲面２３の凹面鏡としての凹面形状は、それ自体の曲面形状によって決めることができる。第１反射膜２１が形成された第１曲面２３には、光源部１３ａからの照明光が外面（凸面）側に入射するとともに、対物面２４から光学ブロック２０内に入射する原稿１１からの物体光が凹面（内面）側に入射する。この原稿１１からの物体光に対して、第１反射膜２１が形成された第１曲面２３は凹面鏡として機能する。
【００２９】
また、上記の第１反射膜２１は、光源部１３ａからの照射光を透過させ、また原稿１１からの物体光のうちの正反射光を除去するために、入射する光のうちの特定の直線偏光成分を透過し、残りの偏光成分を反射するように形成されている。したがって、第１反射膜２１が形成された第１曲面２３は、偏光ビームスプリッタとしても機能する。
【００３０】
この例では、第１反射膜２１は、入射する光のＰ偏光を透過しＳ偏光を反射するように形成されている。これにより、Ｐ偏光とされた照明光を第１曲面２３から光学ブロック２０の内部に入射させて対物面２４から原稿１１に照明光を照射すると同時に、物体光のうちの正反射光（Ｐ偏光）を透過して除去し、拡散反射したＳ偏光を第２曲面２５に向けて反射して結像に供する。なお、正反射光は、入射した光の偏光状態が保存され、拡散反射光は、偏光状態が保存されないことを利用している。
【００３１】
第２反射膜２２は、第２曲面２５の表面に例えば金属材料を蒸着することにより形成されている。第２曲面２５自体の曲面形状により凹面鏡としての凹面形状決めることができる。第２反射膜２２が形成された第２曲面２５は、第１反射膜２１が形成された第１曲面２３からの物体光を上方に向けて反射して射出面２６から光学ブロック２０の外部に射出して結像させる。
【００３２】
なお、以下の説明では、第１反射膜２１が形成されていることを前提として、第１曲面２３が上記のように凹面鏡となり、また偏光ビームスプリッタとして機能するものとして説明する。同様に、第２反射膜２２が形成されていることを前提として、第２曲面２５が上記のように凹面鏡として機能するものとして説明する。
【００３３】
第１，第２曲面２３，２５は、いずれも球面鏡と面形状となっており、それぞれの光軸が一致しないように曲面の向きが決められた軸ずらしの配置になっている。第１曲面２３と第２曲面２５は、同一の面形状であり、これらは相互に点対称な配置としてある。これにより、軸外しの凹面鏡により生じる非点対称収差を打ち消している。また、物体光が第１曲面２３から第２曲面２５までの間は平行光となって光学ブロック２０内を通過するようにされており、第１曲面２３と第２曲面２５との反射による相互の収差が相殺されるようにしてある。なお、第１曲面２３から第２曲面２５までの間で平行光ではない状態で光学ブロック２０内を通過するように構成することもできる。
【００３４】
第１，第２曲面２３，２５の組み合わせにより、等倍投影の光学系を構成しており、主走査方向については正立像を形成する。隣接した各光学素子１５は、原稿１１の読み取り範囲が互いに一部重複する。上述のように主走査方向では正立像を結像することにより、隣接した各光学素子１５によって読み取られる原稿１１上の同一部分は、結像面の同じ位置に結像する。
【００３５】
第１曲面２３の上方に、照明光を出力する光源部１３ａが配される。光源部１３ａは、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの光源２７と、パラボラミラー２８と、光学フィルタ２９とを有する。光源２７は、例えば白色の光を出力する。パラボラミラー２８は、光源２７からの光を平行光とする。光学フィルタ２９は、平行光とされた照明光のうちのＳ偏光をカットしてＰ偏光だけを第１曲面２３に入射させる。第１曲面２３に入射した照明光は、それを透過し光学ブロック２０の内部を通って対物面２４から原稿１１に照射される。
【００３６】
上記のように原稿１１からの物体光が入射する対物面２４から原稿１１に照明光を照射する構成としているため、光学素子１５と原稿１１とを近接させることができ、読取ヘッド１０の小型化に有利である。
【００３７】
なお、特定の直線偏光成分の照明光は、偏光板や偏光変換素子などの周知の光学素子を用いて生成することができる。例えば、上記光学フィルタ２９に代えて、入射する光のランダムな偏光方向を一定の偏光方向にそろえる偏光変換素子を用い、第１曲面２３に対してＰ偏光となるように照明光の偏光方向をそろえてもよい。このように偏光変換素子を用いれば光量損失を少なくすることができる。また、光学フィルタ２９を用いずに、偏光方向がランダムな照明光を第１曲面２３に入射してもよい。この場合には、第１曲面２３の偏光ビームスプリッタの機能により、Ｐ偏光だけを光学ブロック２０の内部に入射させて、原稿１１を照明することができる。
【００３８】
光源部１３ａと第１曲面２３との間に、補償光学ブロック１８ａが配される。補償光学ブロック１８ａは、光学ブロック２０と同じ屈折率とされている。このため、補償光学ブロック１８ａは、例えば光学ブロック２０と同じ材料で作製されている。補償光学ブロック１８ａは、その上面３１が平面とされており、光源部１３ａからの平行光とされた照明光が上面３１に垂直に入射する。第１曲面２３に対面する補償光学ブロック１８ａの底面３２は、第１曲面２３に沿った曲面とされている。第１曲面２３が外側に凸状の面形状となっているので、底面３２は凹状の面形状にされている。なお、上面３１が入射平面であり、底面３２が射出対向面となっている。
【００３９】
底面３２が上記のような面形状とされた補償光学ブロック１８ａを配することにより、照明光に対する第１曲面２３の屈折効果を補償光学ブロック１８ａの屈折効果で相殺している。第１曲面２３の屈折効果としては、平行光の照明光を収束する効果と、照明光を偏向する効果がある。収束が生じると、原稿１１に対する照明範囲が狭くり、また偏向が生じると例えば第１曲面２３から入射した照明光が第２曲面２５に向かって進むなどの不具合が発生する。なお、底面３２を第１曲面２３（第１反射膜）に密着させて配してもよい。
【００４０】
射出面２６の上方に、ラインセンサ１４の複数の受光素子１４ａが配される。各受光素子１４ａは、第１曲面２３、第２曲面２５で反射されて射出面２６から射出される物体光を受光する。受光素子１４ａは、第２曲面２５の結像面上に配されている。これにより、結像された１ライン分の原稿１１の像がラインセンサ１４によって電気的な信号に変換される。
【００４１】
１個の光学素子１５と、それに対応する光源部１３ａ，各受光素子１４ａとによって、読取モジュールが構成されている。この読取モジュールを増減することにより、読取ヘッド１０の読み取り幅を設定することができ、各種の読み取り幅に容易に対応させることができる。
【００４２】
図４に示すように、上記のように構成される複数個の光学素子１５を１列に並べて連結して一体化することにより光学素子アレイ１２が形成されている。すなわち、光学素子アレイ１２は、互いに同じ姿勢で側面２０ａを対向させるようにして、隣接する各光学素子１５を連結させている。隣接する光学ブロック２０の各側面２０ａの間には、遮光部材としての遮光板１６が挟み込まれている。この遮光板１６は、側面２０ａを覆うことにより、光学素子１５に入射した照明光や原稿１１からの物体光がその側面２０ａから射出されて隣接した他の光学素子１５の側面２０ａからその光学ブロック２０内に入射することを防止している。なお、図４では、補償光学部１８を省略してある。
【００４３】
遮光板１６としては、光学ブロック２０内での迷光の発生を避けるために、反射率が低く入射する光を吸収することが好ましい。なお、光学素子アレイ１２の両端の側面２０ａにも遮光板１６を設けてある。
【００４４】
なお、複数個の光学素子１５を１列に並べて光学素子アレイ１２を構成する場合、各光学ブロック２０の間に遮光板１６を挟んだ状態で、両端から複数の光学ブロック２０を挟持することによって１列に並べた状態に保持してもよい。また、接着剤等を用いて光学ブロック２０同士を固定してもよい。さらに、遮光板１６に代えて、例えば第１曲面２３側あるいは対物面側に絞り等を設け、光学ブロック２０内に入射した光が他の光学ブロック２０内に入射しないようにすることもできる。
【００４５】
上記の読取ヘッド１０により原稿１１の読み取りを行う場合には、照明装置１３をオンとしてから読み取るべき原稿１１を搬送機構によって副走査方向に送る。照明装置１３がオンとなると、各光源部１３ａからの照明光は、それぞれ対応する補償光学ブロック１８ａを通って第１曲面２３に入射する。第１曲面２３に入射する照明光は、パラボラミラー２８により平行光とされるとともに光学フィルタ２９によってＰ偏向とされている。したがって、光源部１３ａからの照明光は、第１曲面２３を透過して光学ブロック２０内に入射する。このように光学ブロック２０内に第１曲面２３から照明光が入射するときには、その第１曲面２３によって屈折が生じるが、照明光は補償光学ブロック１８ａの底面３２によって屈折されているため、それらの屈折効果が相殺され、照明光は収束・偏向されることなく光学ブロック２０内に入射する。
【００４６】
上記のようにして光学ブロック２０内に入射した照明光は、その内部を通って対物面２４から射出されて原稿１１に照射される。照明光が原稿１１に照射されて、その原稿１１で照明光が反射した物体光は、対物面２４から光学ブロック２０内に入射し、その内部を通って第１曲面２３に入射する。ここで、原稿１１で照明光が反射するときには、正反射光は、入射する光の偏光状態が保存されている。したがって、物体光のうちの正反射光はＰ偏光のままであり、第１曲面２３を透過するため、第２曲面２５に向けて反射されることはない。一方、拡散反射する光は、偏光状態が保存されない。このため、物体光のうちの拡散反射光はＳ偏光が含まれ、そのＳ偏光が第１曲面２３によって反射される。
【００４７】
第１曲面２３で反射された物体光は、光学ブロック２０の内部を通って第２曲面２５に向う。このときに、第１曲面２３からの物体光は、第１曲面２３の凹面鏡の作用により、平行光とされる。そして、その反射された物体光は、第２曲面２５で上方に反射されて、射出面２６から光学ブロック２０の外部に射出され、ラインセンサ１４上に結像する。これにより原稿１１の１ライン分の像がラインセンサ１４上に形成され、その像が電気的な信号に変換されて出力される。
【００４８】
このようにして１ラインの読み取りが完了して原稿１１が副走査方向に１ライン分搬送されると、次の１ラインの読み取りが同様にして行われる。以降、原稿１１が１ライン分搬送されるごとに、同様にして原稿１１の１ラインの読み取りが行われて、原稿１１の全面の読み取りが行われる。
【００４９】
上記のようにして得られる原稿１１の像は、第１曲面２３が正反射光を透過させてラインセンサ１４に入射しないから、光源の写り込みが発生せず、またコントラストの高い像となっている。
【００５０】
図５は、各光学ブロック２０の側面２０ａに遮光部材としての遮光膜４１を形成し、隣接する各光学ブロック２０の遮光膜４１同士を密着させることで光学素子アレイ１２としたものである。遮光膜４１は、側面２０ａに光を吸収する光学膜を蒸着することにより形成される。これによれば、遮光膜４１と光学ブロック２０とを一体化することができ、光学素子アレイ１２の組み立てが容易になる。
【００５１】
図６は、１つのアレイブロックを用いて光学素子アレイを構成する例を示すものである。主走査方向に長くされたアレイブロック４５には、それぞれ複数の第１曲面２３，対物面２４，第２曲面２５，射出面２６が主走査方向に配列されて形成されている。各第１曲面２３にはそれぞれ第１反射膜２１が、各第２曲面２５にはそれぞれ第２反射膜２２が形成される。すなわち、アレイブロックは、第１曲面２３，対物面２４，第２曲面２５，射出面２６の４つの面を１組の面として有する複数の透明な光学ブロックを、同じ種類の面がそれぞれライン状に配列されるように並べた形状に作製されたものである。これにより、１個のアレイブロック４５を用いて複数の光学素子１５を一体に配列した光学素子アレイ１２となる。
【００５２】
なお、複数個の光学素子１５を１列に並べる場合と同様にアレイブロック内に遮光部材を設けるのも好ましい。また、アレイブロック内に遮光部材を設ける代りに絞りなどを設けてもよい。上記アレイブロック４５と同様にして、複数の補償光学ブロックを一体なものとして補償光学部１８を作製してもよい。
【００５３】
上記の各実施形態では、光学ブロック、光学アレイブロックの対物面及び射出面を平面にしているが、これらを球面あるいは非球面として、収差を補正するなどしてもよい。また、第１，第２曲面を非球面として収差を補正してもよい。さらに、各光学素子によって得られる各像の収差が小さくなるように、光学素子の幅（主走査方向の長さ）を適宜調整することもできる。
【００５４】
上記では光学素子を複数配列した光学素子アレイを用いた読取ヘッドについて説明したが、１つの光学素子を主走査方向に移動させることで１ラインを読み取るように構成することもできる。また、結像の対象を原稿としているが、原稿に限らず、照明光を照射して物体光を結像することができる物体であれば結像の対象にすることができる。さらに、ラインセンサに代えて感光ドラムを配置し、原稿の像に応じた帯電状態にすることもできる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 読取ヘッド
１２ 光学素子アレイ
１３ 照明装置
１４ ラインセンサ
１５ 光学素子
１８ａ 補償光学ブロック
２０ 光学ブロック
２１ 第１反射膜
２２ 第２反射膜
２３ 第１曲面
２４ 対物面
２５ 第２曲面
２６ 射出面
４５ アレイブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及び光学素子アレイ、並びに読取ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スキャナーや、複写機、ファクシミリ等の読取ヘッドでは、読み取り対象の原稿に照明光を照射し、その反射光を結像光学系を介して、多数の受光素子からなる受光素子アレイで受光することにより原稿を読み取っている。結像光学系は、原稿の像を受光素子アレイ上に結像する。結像光学系としては、多数のロッドレンズを並べたロッドレンズアレイが広く利用されている。ロッドレンズは、径方向の屈折率分布によって結像作用を有する棒状のレンズである。
【０００３】
また、反射面が対向するように配された一対の凹面鏡アレイによって構成された結像光学系も知られている（例えば、特許文献１を参照）。この特許文献１の結像光学系では、各凹面鏡アレイは、複数の凹面鏡を並べたものであり、物体からの光を一方の凹面鏡で反射させて他方の凹面鏡に入射し、この他方の凹面鏡で物体と反対方向に反射させて物体像を結像させている。
【０００４】
物体からの反射光を受光する場合、例えば反射原稿を読み取る場合には、その原稿に対して照明光を照射する必要がある。原稿で照明光が正反射された反射光を受光素子が受光した場合には、読み取った原稿像に光源が写り込んだものとなり不鮮明な像となる。また、正反射光によりハレーションが発生してコントラストが低下してしまうことがある。このため、一般的には、結像光学系を原稿の法線方向に配し、この法線に対して適当な角度を持った方向から原稿に照明光を照射し、正反射光が結像光学系や受光素子に入射しないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６２２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記のようなロッドレンズアレイを用いた読取ヘッドは、ロッドレンズ自体が高価であり、製造コストを上昇させる要因になっていた。また、上記のように斜め方向から原稿に照明光を照射する場合には、照明光を結像光学系の読み取り位置に入射させる必要があるため、光源の位置が制約される他、結像光学系と原稿との間に十分な間隔を設ける必要があった。このため、読取ヘッドやこれが内蔵されるスキャナー等の機器の小型化の妨げとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、低コスト化、小型化に有利な光学素子、及び光学素子アレイ，並びに読取ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明の光学素子は、物体を照明する照明光の光源に対向し曲面形状にされた第１曲面、この第１曲面から照明光の照射方向に設けられて物体に対面し、前記照明光を物体に向けて射出するとともに、物体で反射された物体光が入射する対物面、物体側に前記対物面と隣接して設けられ曲面形状にされた第２曲面、及び前記光源側に設けられ前記第１曲面に隣接した射出面を有する透明な光学ブロックと、前記対物面から入射した前記物体からの物体光を前記第２曲面に向けて反射するように前記第１曲面上に形成され、前記光源からの照射光及び前記物体からの物体光のうちの特定の直線偏光成分を透過し他の偏光成分を反射する第１反射膜と、前記第２曲面上に形成され、前記第１反射膜からの物体光を反射して前記射出面から射出することにより、前記光学ブロックの外側の所定位置に物体像を結像させる第２反射膜とを備えたものである。
【０００９】
前記第１及び第２曲面は、同一の面形状とし点対称に配置することが好ましい。また、前記物体からの物体光が、前記第１反射膜が形成された前記第１曲面から前記第２反射膜が形成された前記第２曲面までの間は平行光となってブロック内を通過し、前記第１曲面と前記第２曲面との反射による相互の収差が相殺されることが好ましい。さらに、前記第１及び第２曲面を、非球面とすることも好ましい。
【００１０】
また、前記光源と前記第１曲面との間に配された補償光学ブロックを備え、この補償光学ブロックは、前記光学ブロックと同じ屈折率であるとともに、前記対物面に平行にされ前記光源からの照明光が入射される入射平面と、前記第１曲面に沿った曲面とされた前記第１曲面に対向した射出対向面とを有し、前記第１曲面による屈折効果を相殺することが好ましい。前記入射平面には、平行光とされた照明光を垂直に入射するのがよい。
【００１１】
また、本発明の光学素子アレイは、上記の光学素子を複数個配列することにより、複数の前記第１，第２凹面鏡をそれぞれライン状に配列したものである。
【００１２】
隣接した前記各光学ブロックの間に配される遮光部材を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の光学素子アレイは、物体を照明する照明光の光源に対向し曲面形状にされた第１曲面、この第１曲面から照明光の照射方向に設けられて物体に対面し、前記照明光を物体に向けて射出するとともに、物体で反射された物体光が入射する対物面、物体側に前記対物面と隣接して設けられ曲面形状にされた第２曲面、及び前記光源側に設けられ前記第１曲面に隣接した射出面からなる４面を１組の面としてそれぞれが有する複数の透明な光学ブロックが一体に形成され、同じ種類の面がそれぞれライン状として配列されたアレイブロックと、前記対物面から入射した前記物体からの物体光を同じ組の前記第２曲面に向けて反射するように前記各第１曲面上に形成され、前記光源からの照射光及び前記物体からの物体光のうちの特定の直線偏光成分を透過し他の偏光成分を反射する複数の第１反射膜と、前記各第２曲面上に形成され、同じ組の前記第１反射膜からの物体光を反射して前記射出面から射出することにより、前記光学アレイブロックの外側の所定位置に物体像を結像させる第２反射膜とを備えるものである。
【００１４】
光源と前記各第１曲面との間にそれぞれ配された複数の補償光学ブロックを備え、前記各補償光学ブロックは、前記光学ブロックと同じ屈折率であるとともに、前記対物面に平行にされ、前記光源からの照明光が入射される入射平面と、前記第１曲面に沿った曲面とされ、前記第１曲面に対向した射出対向面とを有し、前記第１曲面による屈折効果を相殺することが好ましい。前記入射平面には、平行光とされた照明光を垂直に入射するのがよい。さらに、前記複数の補償光学ブロックを一体に形成することも好ましい。
【００１５】
また、本発明の読取ヘッドは、上記光学素子アレイと、前記光源を有し各第１凹面鏡のそれぞれに照明光を入射する照明装置と、前記射出面にそれぞれ対向して設けられた複数の受光素子からなるラインセンサとを備えたものである。前記照明装置は、前記特定の直線偏光成分からなる照明光を照射することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光学素子を安価に作製できるので、光学素子アレイ、あるいは読取ヘッドの製造コストを低減することができる。また、光学ブロックの対物面から照明光を照射し、その対物面に物体で反射された物体光を入射させるので、結像光学系である光学素子を物体に近接して配置することができ、光学素子を搭載した装置の小型化を図ることができる。また、第１曲面に形成した第１反射膜が特定の直線偏光成分を透過し他の成分を反射するようにしたから、物体には、特定の直線偏光成分の照明光が照射され、それの正反射光が第１曲面で反射されることなく透過するので、光源の写り込みがなく、またハレーション等の発生を防止できるため画質のよい像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の読取ヘッドの概略を示す斜視図である。
【図２】１個の光学素子とそれに対応する光源部及び受光素子からなる読取モジュールの構成を示す分解斜視図である。
【図３】読取モジュールの光学系を示す説明図である。
【図４】光学素子アレイの構成を示す分解斜視図である。
【図５】各光学ブロックの側面に遮光膜を一体に形成した例を示す説明図である。
【図６】１個の光学アレイブロックを用いて光学素子アレイを構成した例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１において、読取ヘッド１０は、スキャナーや、ファクシミリ、複写機等に内蔵されて原稿１１の光学的な読み取りを行う。読取ヘッド１０は、光学素子アレイ１２と、照明装置１３と、ラインセンサ１４とを有する。この読取ヘッド１０は、照明装置１３からの照明光で原稿１１を照明し、原稿１１からの反射光（以下、物体光という）を光学素子アレイ１２を介してラインセンサ１４で受光することにより、原稿１１を１ラインずつ読み取って電気的な信号に変換する。１ラインは、主走査方向（原稿１１の幅方向：矢印Ｍ方向）に並ぶ多数の画素からなる。
【００１９】
原稿１１は、搬送機構（図示省略）により、主走査方向と直交する副走査方向（矢印Ｓ方向）に搬送される。この搬送の際に、原稿１１が１ライン分搬送されるごとに読取ヘッド１０による１ラインの読み取りを行う。原稿１１を搬送する代りに、原稿１１に対して読取ヘッド１０を副走査方向に移動させてもよい。
【００２０】
光学素子アレイ１２の下方に原稿１１が配され、光学素子アレイ１２の上方に照明装置１３及びラインセンサ１４が配されている。なお、これらの配置は、各部相互の相対的な位置関係が同じであれば他の配置でもよい。例えば、光学素子アレイ１２の上方に原稿１１を、下方に照明装置１３及びラインセンサ１４を配してもよい、また、光学素子アレイ１２を上下方向に長く配置し、光学素子アレイ１２を挟んでその各側方に原稿１１、照明装置１３とラインセンサ１４をそれぞれ配してもよい。
【００２１】
光学素子アレイ１２は、複数の光学素子１５を主走査方向に１列に並べて一体化したものである。光学素子１５は、結像光学系を構成しており、光学素子アレイ１２とすることにより、主走査方向に伸びるラインの像を結像する。また、光学素子アレイ１２は、各光学素子１５の間に遮光板１６（図４参照）が設けられている。
【００２２】
照明装置１３は、詳細を後述するように、光学素子アレイ１２を通して原稿１１を照明する。この照明装置１３は、光学素子１５ごとに設けられた複数の光源部１３ａから構成されている。照明装置１３の直下には、光学素子アレイ１２の一部を構成する補償光学部１８が配されている。補償光学部１８は、複数の補償光学ブロック１８ａから構成される。ラインセンサ１４は、多数の受光素子１４ａ（図２参照）を主走査方向に１列に配列したものであり、１個の光学素子１５に対して複数の受光素子１４ａが対応している。
【００２３】
なお、図１では、１１個の光学素子１５からなる光学素子アレイ１２を描いてあるが、実際にはより多くの光学素子１５が設けられている。また、光源として複数の光源部１３ａを用いているが、例えば主走査方向に長いランプを用いてもよい。
【００２４】
図２及び図３において、光学素子１５は、光学ブロック２０と、この光学ブロック２０の表面に一体に形成された第１反射膜２１及び第２反射膜２２と、補償光学ブロック１８ａとから構成される。光学ブロック２０は、略六角柱形状に形成されており、その略六角形状をした一対の側面２０ａを主走査方向に向けた姿勢とされ、その他の６面のうちの２面（第１曲面２３，射出面２６）が光源部１３ａ側に隣接して設けられ、他の２面（対物面２４，第２曲面２５）が原稿１１側に隣接して設けられており、第１曲面２３から対物面２４に至る部分が光源部１３ａと原稿１１との間に配されている。光学ブロック２０は、透明な材料で作製されている。この透明な材料としては、ガラスやプラスチックを用いることができる。なお、図３では、補償光学ブロック１８ａ、光学ブロック２０の各面における照明光、物体光の屈折を省略して描いてある。
【００２５】
光学ブロック２０の第１曲面２３は、光源部１３ａの下方に配されている。この第１曲面２３は、外側に凸状の曲面形状に形成されている。この第１曲面２３の表面に、詳細を後述する第１反射膜２１を形成することにより、第１曲面２３を光学ブロック２０の内部側に凹面を向けた凹面鏡及び偏向ビームスプリッタとして機能させる。対物面２４は、第１曲面２３の下方、すなわち第１曲面２３から照明光の照射方向に設けられて原稿１１に対面する。この対物面２４は、光源部１３ａによる照明光の照射方向と垂直な平面とされ、原稿１１と平行になっている。
【００２６】
第２曲面２５は、対物面２４と同様に原稿１１側に配されている。この第２曲面２５は、対物面２４よりも副走査方向下流側に配されることで、照明光の照射方向と直交するずらし方向において、対物面２４からずれた位置に設けられている。第２曲面２５は、第１曲面２３と同様に外側に凸状の曲面形状に形成されており、その表面に第２反射膜２２を形成することにより、光学ブロック２０の内部側に凹面を向けた凹面鏡として機能する。射出面２６は、第１曲面２３と同様に光源側で、第１曲面２３よりも搬送方向下流側に配されることにより、対物面２４のずらし方向と同じ方向にずらした位置に配され第２曲面２５の上方に位置している。この射出面２６は、光源部１３ａによる照明光の照射方向と垂直な平面となっている。
【００２７】
この例においては、上記のように各面２３〜２６が配される光学ブロック２０は、光源部１３ａ側の第１曲面２３，射出面２６と、原稿１１側の対物面２４，第２曲面２５とが相互に、主走査方向の軸回りに回転対称な配置になっている。なお、必ずしも回転対称としなくてもよい。
【００２８】
第１反射膜２１は、第１曲面２３の表面に、例えば光学膜を蒸着することによって形成される。第１曲面２３の凹面鏡としての凹面形状は、それ自体の曲面形状によって決めることができる。第１反射膜２１が形成された第１曲面２３には、光源部１３ａからの照明光が外面（凸面）側に入射するとともに、対物面２４から光学ブロック２０内に入射する原稿１１からの物体光が凹面（内面）側に入射する。この原稿１１からの物体光に対して、第１反射膜２１が形成された第１曲面２３は凹面鏡として機能する。
【００２９】
また、上記の第１反射膜２１は、光源部１３ａからの照射光を透過させ、また原稿１１からの物体光のうちの正反射光を除去するために、入射する光のうちの特定の直線偏光成分を透過し、残りの偏光成分を反射するように形成されている。したがって、第１反射膜２１が形成された第１曲面２３は、偏光ビームスプリッタとしても機能する。
【００３０】
この例では、第１反射膜２１は、入射する光のＰ偏光を透過しＳ偏光を反射するように形成されている。これにより、Ｐ偏光とされた照明光を第１曲面２３から光学ブロック２０の内部に入射させて対物面２４から原稿１１に照明光を照射すると同時に、物体光のうちの正反射光（Ｐ偏光）を透過して除去し、拡散反射したＳ偏光を第２曲面２５に向けて反射して結像に供する。なお、正反射光は、入射した光の偏光状態が保存され、拡散反射光は、偏光状態が保存されないことを利用している。
【００３１】
第２反射膜２２は、第２曲面２５の表面に例えば金属材料を蒸着することにより形成されている。第２曲面２５自体の曲面形状により凹面鏡としての凹面形状決めることができる。第２反射膜２２が形成された第２曲面２５は、第１反射膜２１が形成された第１曲面２３からの物体光を上方に向けて反射して射出面２６から光学ブロック２０の外部に射出して結像させる。
【００３２】
なお、以下の説明では、第１反射膜２１が形成されていることを前提として、第１曲面２３が上記のように凹面鏡となり、また偏光ビームスプリッタとして機能するものとして説明する。同様に、第２反射膜２２が形成されていることを前提として、第２曲面２５が上記のように凹面鏡として機能するものとして説明する。
【００３３】
第１，第２曲面２３，２５は、いずれも球面鏡と面形状となっており、それぞれの光軸が一致しないように曲面の向きが決められた軸ずらしの配置になっている。第１曲面２３と第２曲面２５は、同一の面形状であり、これらは相互に点対称な配置としてある。これにより、軸外しの凹面鏡により生じる非点対称収差を打ち消している。また、物体光が第１曲面２３から第２曲面２５までの間は平行光となって光学ブロック２０内を通過するようにされており、第１曲面２３と第２曲面２５との反射による相互の収差が相殺されるようにしてある。なお、第１曲面２３から第２曲面２５までの間で平行光ではない状態で光学ブロック２０内を通過するように構成することもできる。
【００３４】
第１，第２曲面２３，２５の組み合わせにより、等倍投影の光学系を構成しており、主走査方向については正立像を形成する。隣接した各光学素子１５は、原稿１１の読み取り範囲が互いに一部重複する。上述のように主走査方向では正立像を結像することにより、隣接した各光学素子１５によって読み取られる原稿１１上の同一部分は、結像面の同じ位置に結像する。
【００３５】
第１曲面２３の上方に、照明光を出力する光源部１３ａが配される。光源部１３ａは、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの光源２７と、パラボラミラー２８と、光学フィルタ２９とを有する。光源２７は、例えば白色の光を出力する。パラボラミラー２８は、光源２７からの光を平行光とする。光学フィルタ２９は、平行光とされた照明光のうちのＳ偏光をカットしてＰ偏光だけを第１曲面２３に入射させる。第１曲面２３に入射した照明光は、それを透過し光学ブロック２０の内部を通って対物面２４から原稿１１に照射される。
【００３６】
上記のように原稿１１からの物体光が入射する対物面２４から原稿１１に照明光を照射する構成としているため、光学素子１５と原稿１１とを近接させることができ、読取ヘッド１０の小型化に有利である。
【００３７】
なお、特定の直線偏光成分の照明光は、偏光板や偏光変換素子などの周知の光学素子を用いて生成することができる。例えば、上記光学フィルタ２９に代えて、入射する光のランダムな偏光方向を一定の偏光方向にそろえる偏光変換素子を用い、第１曲面２３に対してＰ偏光となるように照明光の偏光方向をそろえてもよい。このように偏光変換素子を用いれば光量損失を少なくすることができる。また、光学フィルタ２９を用いずに、偏光方向がランダムな照明光を第１曲面２３に入射してもよい。この場合には、第１曲面２３の偏光ビームスプリッタの機能により、Ｐ偏光だけを光学ブロック２０の内部に入射させて、原稿１１を照明することができる。
【００３８】
光源部１３ａと第１曲面２３との間に、補償光学ブロック１８ａが配される。補償光学ブロック１８ａは、光学ブロック２０と同じ屈折率とされている。このため、補償光学ブロック１８ａは、例えば光学ブロック２０と同じ材料で作製されている。補償光学ブロック１８ａは、その上面３１が平面とされており、光源部１３ａからの平行光とされた照明光が上面３１に垂直に入射する。第１曲面２３に対面する補償光学ブロック１８ａの底面３２は、第１曲面２３に沿った曲面とされている。第１曲面２３が外側に凸状の面形状となっているので、底面３２は凹状の面形状にされている。なお、上面３１が入射平面であり、底面３２が射出対向面となっている。
【００３９】
底面３２が上記のような面形状とされた補償光学ブロック１８ａを配することにより、照明光に対する第１曲面２３の屈折効果を補償光学ブロック１８ａの屈折効果で相殺している。第１曲面２３の屈折効果としては、平行光の照明光を収束する効果と、照明光を偏向する効果がある。収束が生じると、原稿１１に対する照明範囲が狭くり、また偏向が生じると例えば第１曲面２３から入射した照明光が第２曲面２５に向かって進むなどの不具合が発生する。なお、底面３２を第１曲面２３（第１反射膜）に密着させて配してもよい。
【００４０】
射出面２６の上方に、ラインセンサ１４の複数の受光素子１４ａが配される。各受光素子１４ａは、第１曲面２３、第２曲面２５で反射されて射出面２６から射出される物体光を受光する。受光素子１４ａは、第２曲面２５の結像面上に配されている。これにより、結像された１ライン分の原稿１１の像がラインセンサ１４によって電気的な信号に変換される。
【００４１】
１個の光学素子１５と、それに対応する光源部１３ａ，各受光素子１４ａとによって、読取モジュールが構成されている。この読取モジュールを増減することにより、読取ヘッド１０の読み取り幅を設定することができ、各種の読み取り幅に容易に対応させることができる。
【００４２】
図４に示すように、上記のように構成される複数個の光学素子１５を１列に並べて連結して一体化することにより光学素子アレイ１２が形成されている。すなわち、光学素子アレイ１２は、互いに同じ姿勢で側面２０ａを対向させるようにして、隣接する各光学素子１５を連結させている。隣接する光学ブロック２０の各側面２０ａの間には、遮光部材としての遮光板１６が挟み込まれている。この遮光板１６は、側面２０ａを覆うことにより、光学素子１５に入射した照明光や原稿１１からの物体光がその側面２０ａから射出されて隣接した他の光学素子１５の側面２０ａからその光学ブロック２０内に入射することを防止している。なお、図４では、補償光学部１８を省略してある。
【００４３】
遮光板１６としては、光学ブロック２０内での迷光の発生を避けるために、反射率が低く入射する光を吸収することが好ましい。なお、光学素子アレイ１２の両端の側面２０ａにも遮光板１６を設けてある。
【００４４】
なお、複数個の光学素子１５を１列に並べて光学素子アレイ１２を構成する場合、各光学ブロック２０の間に遮光板１６を挟んだ状態で、両端から複数の光学ブロック２０を挟持することによって１列に並べた状態に保持してもよい。また、接着剤等を用いて光学ブロック２０同士を固定してもよい。さらに、遮光板１６に代えて、例えば第１曲面２３側あるいは対物面側に絞り等を設け、光学ブロック２０内に入射した光が他の光学ブロック２０内に入射しないようにすることもできる。
【００４５】
上記の読取ヘッド１０により原稿１１の読み取りを行う場合には、照明装置１３をオンとしてから読み取るべき原稿１１を搬送機構によって副走査方向に送る。照明装置１３がオンとなると、各光源部１３ａからの照明光は、それぞれ対応する補償光学ブロック１８ａを通って第１曲面２３に入射する。第１曲面２３に入射する照明光は、パラボラミラー２８により平行光とされるとともに光学フィルタ２９によってＰ偏向とされている。したがって、光源部１３ａからの照明光は、第１曲面２３を透過して光学ブロック２０内に入射する。このように光学ブロック２０内に第１曲面２３から照明光が入射するときには、その第１曲面２３によって屈折が生じるが、照明光は補償光学ブロック１８ａの底面３２によって屈折されているため、それらの屈折効果が相殺され、照明光は収束・偏向されることなく光学ブロック２０内に入射する。
【００４６】
上記のようにして光学ブロック２０内に入射した照明光は、その内部を通って対物面２４から射出されて原稿１１に照射される。照明光が原稿１１に照射されて、その原稿１１で照明光が反射した物体光は、対物面２４から光学ブロック２０内に入射し、その内部を通って第１曲面２３に入射する。ここで、原稿１１で照明光が反射するときには、正反射光は、入射する光の偏光状態が保存されている。したがって、物体光のうちの正反射光はＰ偏光のままであり、第１曲面２３を透過するため、第２曲面２５に向けて反射されることはない。一方、拡散反射する光は、偏光状態が保存されない。このため、物体光のうちの拡散反射光はＳ偏光が含まれ、そのＳ偏光が第１曲面２３によって反射される。
【００４７】
第１曲面２３で反射された物体光は、光学ブロック２０の内部を通って第２曲面２５に向う。このときに、第１曲面２３からの物体光は、第１曲面２３の凹面鏡の作用により、平行光とされる。そして、その反射された物体光は、第２曲面２５で上方に反射されて、射出面２６から光学ブロック２０の外部に射出され、ラインセンサ１４上に結像する。これにより原稿１１の１ライン分の像がラインセンサ１４上に形成され、その像が電気的な信号に変換されて出力される。
【００４８】
このようにして１ラインの読み取りが完了して原稿１１が副走査方向に１ライン分搬送されると、次の１ラインの読み取りが同様にして行われる。以降、原稿１１が１ライン分搬送されるごとに、同様にして原稿１１の１ラインの読み取りが行われて、原稿１１の全面の読み取りが行われる。
【００４９】
上記のようにして得られる原稿１１の像は、第１曲面２３が正反射光を透過させてラインセンサ１４に入射しないから、光源の写り込みが発生せず、またコントラストの高い像となっている。
【００５０】
図５は、各光学ブロック２０の側面２０ａに遮光部材としての遮光膜４１を形成し、隣接する各光学ブロック２０の遮光膜４１同士を密着させることで光学素子アレイ１２としたものである。遮光膜４１は、側面２０ａに光を吸収する光学膜を蒸着することにより形成される。これによれば、遮光膜４１と光学ブロック２０とを一体化することができ、光学素子アレイ１２の組み立てが容易になる。
【００５１】
図６は、１つのアレイブロックを用いて光学素子アレイを構成する例を示すものである。主走査方向に長くされたアレイブロック４５には、それぞれ複数の第１曲面２３，対物面２４，第２曲面２５，射出面２６が主走査方向に配列されて形成されている。各第１曲面２３にはそれぞれ第１反射膜２１が、各第２曲面２５にはそれぞれ第２反射膜２２が形成される。すなわち、アレイブロックは、第１曲面２３，対物面２４，第２曲面２５，射出面２６の４つの面を１組の面として有する複数の透明な光学ブロックを、同じ種類の面がそれぞれライン状に配列されるように並べた形状に作製されたものである。これにより、１個のアレイブロック４５を用いて複数の光学素子１５を一体に配列した光学素子アレイ１２となる。
【００５２】
なお、複数個の光学素子１５を１列に並べる場合と同様にアレイブロック内に遮光部材を設けるのも好ましい。また、アレイブロック内に遮光部材を設ける代りに絞りなどを設けてもよい。上記アレイブロック４５と同様にして、複数の補償光学ブロックを一体なものとして補償光学部１８を作製してもよい。
【００５３】
上記の各実施形態では、光学ブロック、光学アレイブロックの対物面及び射出面を平面にしているが、これらを球面あるいは非球面として、収差を補正するなどしてもよい。また、第１，第２曲面を非球面として収差を補正してもよい。さらに、各光学素子によって得られる各像の収差が小さくなるように、光学素子の幅（主走査方向の長さ）を適宜調整することもできる。
【００５４】
上記では光学素子を複数配列した光学素子アレイを用いた読取ヘッドについて説明したが、１つの光学素子を主走査方向に移動させることで１ラインを読み取るように構成することもできる。また、結像の対象を原稿としているが、原稿に限らず、照明光を照射して物体光を結像することができる物体であれば結像の対象にすることができる。さらに、ラインセンサに代えて感光ドラムを配置し、原稿の像に応じた帯電状態にすることもできる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 読取ヘッド
１２ 光学素子アレイ
１３ 照明装置
１４ ラインセンサ
１５ 光学素子
１８ａ 補償光学ブロック
２０ 光学ブロック
２１ 第１反射膜
２２ 第２反射膜
２３ 第１曲面
２４ 対物面
２５ 第２曲面
２６ 射出面
４５ アレイブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を照明する照明光の光源に対向し曲面形状にされた第１曲面、この第１曲面から照明光の照射方向に設けられて物体に対面し、前記照明光を物体に向けて射出するとともに、物体で反射された物体光が入射する対物面、物体側に前記対物面と隣接して設けられ曲面形状にされた第２曲面、及び前記光源側に設けられ前記第１曲面に隣接した射出面を有する透明な光学ブロックと、
前記対物面から入射した前記物体からの物体光を前記第２曲面に向けて反射するように前記第１曲面上に形成され、前記光源からの照射光及び前記物体からの物体光のうちの特定の直線偏光成分を透過し他の偏光成分を反射する第１反射膜と、
前記第２曲面上に形成され、前記第１反射膜からの物体光を反射して前記射出面から射出することにより、前記光学ブロックの外側の所定位置に物体像を結像させる第２反射膜とを備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１及び第２曲面は、同一の面形状とされるとともに点対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記物体からの物体光は、前記第１反射膜が形成された前記第１曲面から前記第２反射膜が形成された前記第２曲面までの間は平行光となってブロック内を通過し、前記第１曲面と前記第２曲面との反射による相互の収差が相殺されることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１及び第２曲面は、非球面とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記光源と前記第１曲面との間に配された補償光学ブロックを備え、この補償光学ブロックは、前記光学ブロックと同じ屈折率であるとともに、前記対物面に平行にされ前記光源からの照明光が入射される入射平面と、前記第１曲面に沿った曲面とされた前記第１曲面に対向した射出対向面とを有し、前記第１曲面による屈折効果を相殺することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記入射平面には、平行光とされた照明光が垂直に入射されることを特徴とする請求項５記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の前記光学素子を複数個配列することにより、複数の前記第１，第２凹面鏡をそれぞれライン状に配列したことを特徴とする光学素子アレイ。
【請求項８】
隣接した前記各光学ブロックの間に配される遮光部材を有することを特徴とする請求項７記載の光学素子アレイ。
【請求項９】
物体を照明する照明光の光源に対向し曲面形状にされた第１曲面、この第１曲面から照明光の照射方向に設けられて物体に対面し、前記照明光を物体に向けて射出するとともに、物体で反射された物体光が入射する対物面、物体側に前記対物面と隣接して設けられ曲面形状にされた第２曲面、及び前記光源側に設けられ前記第１曲面に隣接した射出面からなる４面を１組の面としてそれぞれが有する複数の透明な光学ブロックが一体に形成され、同じ種類の面がそれぞれライン状として配列されたアレイブロックと、
前記対物面から入射した前記物体からの物体光を同じ組の前記第２曲面に向けて反射するように前記各第１曲面上に形成され、前記光源からの照射光及び前記物体からの物体光のうちの特定の直線偏光成分を透過し他の偏光成分を反射する複数の第１反射膜と、
前記各第２曲面上に形成され、同じ組の前記第１反射膜からの物体光を反射して前記射出面から射出することにより、前記アレイブロックの外側の所定位置に物体像を結像させる第２反射膜とを備えたことを特徴とする光学素子アレイ。
【請求項１０】
前記光源と前記各第１曲面との間にそれぞれ配された複数の補償光学ブロックを備え、前記各補償光学ブロックは、前記光学ブロックと同じ屈折率であるとともに、前記対物面に平行にされ、前記光源からの照明光が入射される入射平面と、前記第１曲面に沿った曲面とされ、前記第１曲面に対向した射出対向面とを有し、前記第１曲面による屈折効果を相殺することを特徴とする請求項９記載の光学素子アレイ。
【請求項１１】
前記入射平面には、平行光とされた照明光が垂直に入射されることを特徴とする請求項１０記載の光学素子。
【請求項１２】
前記複数の補償光学ブロックは一体に形成されていることを特徴とする請求項１０または１１記載の光学素子アレイ。
【請求項１３】
請求項５ないし１２のいずれか１項に記載の光学素子アレイと、
前記光源を有し前記各第１曲面のそれぞれに照明光を入射する照明装置と、
前記射出面にそれぞれ対向して設けられた複数の受光素子からなるラインセンサとを備えたことを特徴とする読取ヘッド。
【請求項１４】
前記照明装置は、前記特定の直線偏光成分からなる照明光を照射することを特徴とする請求項１３記載の読取ヘッド。
【請求項１】
物体を照明する照明光の光源に対向し曲面形状にされた第１曲面、この第１曲面から照明光の照射方向に設けられて物体に対面し、前記照明光を物体に向けて射出するとともに、物体で反射された物体光が入射する対物面、物体側に前記対物面と隣接して設けられ曲面形状にされた第２曲面、及び前記光源側に設けられ前記第１曲面に隣接した射出面を有する透明な光学ブロックと、
前記対物面から入射した前記物体からの物体光を前記第２曲面に向けて反射するように前記第１曲面上に形成され、前記光源からの照射光及び前記物体からの物体光のうちの特定の直線偏光成分を透過し他の偏光成分を反射する第１反射膜と、
前記第２曲面上に形成され、前記第１反射膜からの物体光を反射して前記射出面から射出することにより、前記光学ブロックの外側の所定位置に物体像を結像させる第２反射膜とを備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１及び第２曲面は、同一の面形状とされるとともに点対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記物体からの物体光は、前記第１反射膜が形成された前記第１曲面から前記第２反射膜が形成された前記第２曲面までの間は平行光となってブロック内を通過し、前記第１曲面と前記第２曲面との反射による相互の収差が相殺されることを特徴とする請求項２記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１及び第２曲面は、非球面とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記光源と前記第１曲面との間に配された補償光学ブロックを備え、この補償光学ブロックは、前記光学ブロックと同じ屈折率であるとともに、前記対物面に平行にされ前記光源からの照明光が入射される入射平面と、前記第１曲面に沿った曲面とされた前記第１曲面に対向した射出対向面とを有し、前記第１曲面による屈折効果を相殺することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記入射平面には、平行光とされた照明光が垂直に入射されることを特徴とする請求項５記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の前記光学素子を複数個配列することにより、複数の前記第１，第２凹面鏡をそれぞれライン状に配列したことを特徴とする光学素子アレイ。
【請求項８】
隣接した前記各光学ブロックの間に配される遮光部材を有することを特徴とする請求項７記載の光学素子アレイ。
【請求項９】
物体を照明する照明光の光源に対向し曲面形状にされた第１曲面、この第１曲面から照明光の照射方向に設けられて物体に対面し、前記照明光を物体に向けて射出するとともに、物体で反射された物体光が入射する対物面、物体側に前記対物面と隣接して設けられ曲面形状にされた第２曲面、及び前記光源側に設けられ前記第１曲面に隣接した射出面からなる４面を１組の面としてそれぞれが有する複数の透明な光学ブロックが一体に形成され、同じ種類の面がそれぞれライン状として配列されたアレイブロックと、
前記対物面から入射した前記物体からの物体光を同じ組の前記第２曲面に向けて反射するように前記各第１曲面上に形成され、前記光源からの照射光及び前記物体からの物体光のうちの特定の直線偏光成分を透過し他の偏光成分を反射する複数の第１反射膜と、
前記各第２曲面上に形成され、同じ組の前記第１反射膜からの物体光を反射して前記射出面から射出することにより、前記アレイブロックの外側の所定位置に物体像を結像させる第２反射膜とを備えたことを特徴とする光学素子アレイ。
【請求項１０】
前記光源と前記各第１曲面との間にそれぞれ配された複数の補償光学ブロックを備え、前記各補償光学ブロックは、前記光学ブロックと同じ屈折率であるとともに、前記対物面に平行にされ、前記光源からの照明光が入射される入射平面と、前記第１曲面に沿った曲面とされ、前記第１曲面に対向した射出対向面とを有し、前記第１曲面による屈折効果を相殺することを特徴とする請求項９記載の光学素子アレイ。
【請求項１１】
前記入射平面には、平行光とされた照明光が垂直に入射されることを特徴とする請求項１０記載の光学素子。
【請求項１２】
前記複数の補償光学ブロックは一体に形成されていることを特徴とする請求項１０または１１記載の光学素子アレイ。
【請求項１３】
請求項５ないし１２のいずれか１項に記載の光学素子アレイと、
前記光源を有し前記各第１曲面のそれぞれに照明光を入射する照明装置と、
前記射出面にそれぞれ対向して設けられた複数の受光素子からなるラインセンサとを備えたことを特徴とする読取ヘッド。
【請求項１４】
前記照明装置は、前記特定の直線偏光成分からなる照明光を照射することを特徴とする請求項１３記載の読取ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７６９２７（Ｐ２０１３−７６９２７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７８２８（Ｐ２０１１−２１７８２８）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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