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JP2015023560A - Image sensor unit and image reading device - Google Patents

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JP2015023560A
JP2015023560A JP2013153062A JP2013153062A JP2015023560A JP 2015023560 A JP2015023560 A JP 2015023560A JP 2013153062 A JP2013153062 A JP 2013153062A JP 2013153062 A JP2013153062 A JP 2013153062A JP 2015023560 A JP2015023560 A JP 2015023560A
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light
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illumination
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Yuichi Kagami
有一 加賀美
浩二 荻野
Koji Ogino
浩二 荻野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To illuminate a document surface over a range of focal depth of a rod lens array with illuminance which is stabilized and sufficient at all the time, in order to sharply form a document image on a light-receiving sensor in an image sensor unit or an image reading device.SOLUTION: An image sensor unit 14 comprises an illumination device 19 for illuminating a document surface, a light-receiving sensor 21, and a rod lens array 20 for forming an image of reflection light from the document surface onto the light-receiving sensor. An illumination axis 37 of illumination light 36 from the illumination device passes between a position A on a top face of platen glass 13 and a deepest point position B of focal depth furthest away from the rod lens array along an optical axis 30c of the rod lens array within a range of document-side focal depth. Over a full range from the position A to the position B, illuminance of illumination light is set within a predetermined range with respect to illuminance at an intersection position C between the illumination axis and the optical axis of the rod lens array.

Description

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。   The present invention relates to an image sensor unit used in an image reading apparatus such as an image scanner and other various optical devices, and an image reading apparatus including the image sensor unit.

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)。   Conventionally, in image reading apparatuses such as facsimiles, copiers, image scanners, printers, and other various optical devices, the same-magnification imaging optical system is used to optically read an image of a document and convert it into an electrical signal. The contact image sensor (CIS) is widely used. The CIS includes a rod lens array in which a large number of cylindrical rod lenses are arranged between two substrates and arranged in one or more rows with their central axes parallel to each other (see, for example, Patent Document 1). ).

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)。   The rod lens is designed to have a refractive index distribution in which the refractive index continuously decreases from the central axis toward the outer periphery. Initially, rod lenses are mainly glass lenses manufactured by spinning a rod-shaped glass material and imparting a refractive index distribution by ion exchange treatment or heat exchange of cations (for example, Patent Document 2). See).

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)。   At present, many plastic rod lenses that can precisely control the refractive index distribution at a relatively low cost are employed (see, for example, Patent Document 3).

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)。   The equal-magnification optical system rod lens has a feature that the focal depth is smaller than that of the reduction optical system lens. For this reason, when a transparent document such as a photographic film is placed slightly above the upper surface of the platen glass by guide means or the like, the focus may be blurred. In view of this, an image reading unit having two rows of lens arrays with different focal positions and two rows of image reading element arrays corresponding to them is proposed for reflective and transparent documents such as ordinary printed matter ( For example, see Patent Document 4).

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。   Furthermore, an image sensor unit is known in which two illumination devices are arranged opposite to each other on both sides of a rod lens array in order to suppress fluctuations in the amount of irradiation light on the document surface due to unevenness or floating of the document surface (for example, patents). (Ref. 4). The image sensor unit has a focal point on the document array side of the lens array, the intersection of the optical axis of one illumination device and the optical axis of the lens array is on the far side, and the optical axis of the other illumination device and the optical axis of the lens array. Are arranged at a distance of a / 2 or less with respect to the effective depth of field a of the lens array, respectively, and within the range of the effective depth of field a along the optical axis of the lens array. The light quantity fluctuation of the illuminating device is set to be within 10% to suppress the fluctuation of the high irradiation light quantity and the read light quantity.

特開2012−244344号公報JP 2012-244344 A 特開平10−139472号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-139472 特開2012−78750号公報JP 2012-78750 A 特開2004−126284号公報JP 2004-126284 A 再表2005−126284号公報Table 2005-126284

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。   Basically, there is a strong demand for miniaturization of the optical device, and similarly, CIS is also required to be miniaturized by shortening the distance between a subject such as a document and an image, that is, the imaging distance. On the other hand, in CIS, it is necessary to set the focal depth of the rod lens as deep as possible so that a clear image can be read even if the distance between the original surface and the rod lens varies somewhat due to the floating of the original.

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。   As in the image reading unit described in Patent Document 4, when two lens arrays and image reading element arrays each having different focal positions are incorporated, first, the entire apparatus becomes larger and more complicated, and the number of parts increases. High price. In addition, since the lens array in any row remains small in depth of focus and does not change at all, it cannot cope with fluctuations in the floating amount of the document surface due to document folding or the like.

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。 FIG. 7 schematically shows the imaging of a conventional rod lens in an erecting equal-magnification imaging system. In the figure, a rod lens 1 is a cylindrical lens having a constant radius r 0 and a lens length Z 0 , and has an entrance surface 2 and an exit surface 3 that are flatly polished at its entrance end and exit end. The refractive index of the rod lens 1 continuously decreases in the radial direction from the refractive index N1 at the central axis. The light emitted from the point image P 0 on the document surface 4 is incident from the incident surface 2 of the rod lens 1, proceeds in a meandering manner in the optical axis direction at a constant period, and is emitted from the emission surface 3. Thus, a point image I0 is formed on the light receiving surface 5 of the light receiving element. Here, the distance between the point image P 0 and the incident surface 2, that is, the working distance L 0 is equal to the distance between the point image I 0 and the exit surface 3.

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。 The depth of focus of the rod lens 1 is inversely proportional to the numerical aperture, the numerical aperture, the refractive index N1, the refractive index distribution constant in the center, and is proportional to the lens radius r 0. Accordingly, when the refractive index N1 and a refractive index distribution constant in the center is constant, in order to deepen the focal depth, it is necessary to reduce the lens radius r 0. However, if the lens radius r 0 is reduced, handling and processing of the rod lens array become difficult, and the brightness of the rod lens 1 rapidly decreases in proportion to the square of the numerical aperture. There is a possibility that the reading performance is lowered.

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。 Moreover, the working distance L0 of the rod lens 1, to the lens length Z 0 changes to tangent, is inversely proportional to the square of the refractive index N1 and a refractive index distribution constant in the center. Therefore, the refractive index N1 and the lens radius r 0 of the central constant, reducing the refractive index distribution constant, the lens length Z 0 is in certain cases, the working distance L0 becomes longer. As a result, the conjugate length of the rod lens 1 (distance between object images = Z 0 + 2L 0 ) is increased, and the overall length of the optical system is increased. Therefore, the rod lens array and the image sensor including the rod lens array can be downsized. I can't. Therefore, if the lens length Z 0 is shortened and the working distance L 0 is not lengthened, the field radius of the rod lens 1 is reduced. Therefore, there is a possibility that periodic uneven light intensity may occur, which is not preferable.

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。   Accordingly, the inventors of the present application arranged a plurality of columnar rod lenses having a refractive index distribution in which the refractive index continuously decreases from the central axis toward the outer periphery in at least one row with the central axes parallel. In each rod lens, the center refractive index of the incident side end region is equal to the center refractive index of the output side end region along the optical axis direction, and the center refractive index of the intermediate region is the center of both end regions. A rod lens array having a refractive index distribution characteristic higher than the refractive index has been devised. By providing such a refractive index distribution, in the intermediate region of the rod lens, light meanders and travels with a shorter cycle than both end regions, so that the optical path length is substantially increased. Therefore, even if the lens length of the rod lens in the optical axis direction is the same, the depth of focus can be set deeper than that of the conventional rod lens.

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。   When a rod lens array having a deep focal depth is used in this way, a clear image can be read even if the distance between the document surface and the rod lens varies greatly compared to the prior art due to the floating of the document. On the other hand, if the illuminance of the illumination light on the document surface varies, the amount of reflected light from the document surface varies, which may easily cause a density variation in the output image. In order to suppress or eliminate this density fluctuation, the illuminance of the illumination light on the document surface must always be stable and sufficiently large.

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。   In general, the illuminance of the diffused light decreases as the distance from the light source increases. Therefore, it is preferable to irradiate the illumination light from a position as close to the original surface as possible. However, the CIS of the equal-magnification imaging optical system does not have a space for arranging the optical components of the illumination system above the rod lens array. On the other hand, when the illumination light is irradiated from the side of the rod lens array at a shallow angle with respect to the document surface, the illuminance decreases at a larger rate as the distance from the optical axis of the illumination light increases to the periphery. Is required. A high-output light source may cause inconvenience such as that the emitted light is reflected directly or reflected on a surface other than the original surface and enters the rod lens array, or a large amount of heat is generated.

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。   In the image sensor unit described in Patent Document 5, when a rod lens array having a deep focal depth is used, the intersection of the optical axis of the two illumination devices and the optical axis of the lens array is aligned with the optical axis of the lens array. Are farther apart from each other on the perspective side from the original side focus. For this reason, the combined light amount distribution of both illumination devices becomes sharp at the optical axis position of each illumination device, and the combined light amount may vary greatly within the depth of focus.

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。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a range of focal depth of the rod lens array in order to clearly form a document image on the light receiving sensor using the rod lens array. It is an object of the present invention to provide an image sensor unit and an image reading apparatus capable of always stably illuminating a document surface with sufficient illuminance.

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、かつ、位置Aから位置Bまでの全範囲で照明光の照度が、照明光の光軸と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、所定の範囲内にあるイメージセンサーユニットが提供される。   According to the present invention, an illumination device that illuminates the document surface, a light receiving sensor, and a rod lens array that forms an image of reflected light from the document surface on the light receiving sensor, the optical axis of the illumination light from the illumination device is Passes between the position A of the document surface closest to the rod lens array and the position B of the document surface farthest from the rod lens array in the range of the focal depth on the document side along the optical axis of the rod lens array; In the entire range from position A to position B, the illuminance of the illumination light is within a predetermined range with respect to the illuminance of the illumination light at the intersection C between the optical axis of the illumination light and the optical axis of the rod lens array. A sensor unit is provided.

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。   By orienting the illumination light in this way, even in an image sensor unit using a rod lens with a deep focal depth, it is necessary and sufficient to read and output a clear and good image over the entire depth of focus range. It is possible to always ensure a stable illuminance. When the optical axis of the illumination light passes between the position A of the nearest original surface along the optical axis of the rod lens array and the position B of the farthest original surface, the optical axis of the illumination light is on the original surface. The case of passing through position A or position B is not included.

或る実施例では、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、該照明光の照射方向から位置Aを超えないように、照明光が配向される。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。   In one embodiment, a portion of the illumination light emitted to the rod lens side with respect to the optical axis of the illumination light is partially shielded by the adjacent rod lens array, and an illumination range of the illumination light is The illumination light is oriented so as not to exceed the position A from the irradiation direction. As a result, the optical axis of the illumination light can be made to stand at a larger angle with respect to the document surface, so that the illumination light can be irradiated from a higher angle toward the document surface, and the emission light emission range can be narrowed down more narrowly. Can do. As a result, it is possible to illuminate the document surface with sufficient illuminance required in the entire range of the focal depth while suppressing the output of the illumination device.

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。   Further, according to the present invention, there is provided a platen glass for placing a document and the above-described image sensor unit of the present invention, and the position A of the document surface in the image sensor unit is defined by the document placement surface of the platen glass. An image reading apparatus is provided. Thereby, it is possible to always read and output a document image stably and clearly.

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。1 is a schematic perspective view of an image scanner including an image sensor unit of the present invention. 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。It is a disassembled perspective view which shows typically the structure of the image sensor unit of this invention. (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。(A) is a longitudinal sectional view of the lighting device, and (B) is a sectional view of the light guide rod taken along line III-III. 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。It is a partially broken perspective view which shows a rod lens array typically. 図4のロッドレンズの結像を説明する図である。It is a figure explaining the image formation of the rod lens of FIG. 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。It is a schematic diagram explaining arrangement | positioning of the illuminating device in the image sensor unit of this invention, and the orientation state of illumination light. 従来のロッドレンズの結像を説明する図である。It is a figure explaining the image formation of the conventional rod lens.

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。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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。   FIG. 1 is a schematic perspective view of an image scanner equipped with an image sensor unit according to a preferred embodiment of the present invention. An image scanner 10 according to the present embodiment is a flat bed type image reading apparatus, and includes a substantially rectangular box-shaped main body 11 and a platen cover 12 attached to the main body at one end thereof by a hinge (not shown) so as to be opened and closed. Is provided.

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。   The main body 11 includes a platen glass 13 made of a large rectangular transparent glass plate fixed to the upper surface thereof, and a contact image sensor unit 14 according to the present invention. On the upper surface of the platen glass 13, a document to be read is placed with the document surface facing downward. When the platen cover 12 is closed, the original surface is brought into close contact with the upper surface of the platen glass by the pressing member 12a provided on the inner surface thereof.

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。   The image sensor unit 14 is disposed immediately below the platen glass 13 and is held by a holding member 15 with its upper surface in close contact with the lower surface of the platen glass. At the time of reading the original, the image sensor unit is driven by the drive motor 16 via the wire 17 or the like, and moves along the slide shaft 18 in the original reading direction, that is, the sub-scanning direction.

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。   FIG. 2 schematically shows a basic configuration of the image sensor unit 14 of the present embodiment. The image sensor unit 14 includes a lighting device 19, a rod lens array 20, and a light receiving sensor 21. Further, the image sensor unit 14 has a housing (not shown) for mounting and holding the illumination device, the rod lens array, and the light receiving sensor at predetermined positions.

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。   The light receiving sensor 21 has a large number of photoelectric conversion elements 23 mounted in a line on the sensor substrate 22. For the photoelectric conversion element 23, for example, a solid-state imaging element such as a CMOS image sensor or a CCD image sensor is used. The rod lens array 20 is disposed so that the emission surface at the lower end thereof is aligned with the photoelectric conversion element. The rod lens array 20 can also be attached to the light receiving sensor 21 integrally. The illumination light emitted from the illuminating device 19 is reflected by the original surface of the original 24 and is incident on the incident surface at the upper end of the rod lens array 20, and is emitted from the emission surface and forms an image on the photoelectric conversion element 23.

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。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the illumination device 19 includes a light guide rod 25, a frame 26 that holds the light guide rod, and a light emitting element 27. The light guide rod 25 has a length corresponding to the reading line width of the image sensor unit 14 and is a transparent material having high translucency such as glass, acrylic resin, epoxy resin, etc., and is uniform over the entire length. The cross-sectional shape is formed. The light guide rod 25 of this embodiment has a generally fan-shaped cross section as shown in FIG. 3B, and has an emission surface 25a on the top surface and a light scattering surface 25b on the bottom surface corresponding to the short bottom of the opposite trapezoidal cross section. . The exit surface 25a is processed into a lens surface that is a convex curved surface. The light scattering surface 25b is processed to be uneven so as to diffusely reflect the light introduced into the light guide rod.

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。   The frame 26 includes a holder portion 26a having a groove having a cross-sectional shape that substantially corresponds to the inverted trapezoidal portion of the light guide rod 25, and the end portions of the light guide rod 25 are provided at both ends 26b and 26c, respectively. A recess is provided at the opposite position to hold the A light emitting element 27 is attached to one end portion 26b toward the other end portion 26c, and a reflecting surface 28 is provided in the recess of the other end portion 26c. The light guide rod 25 is mounted on the frame 26 so that the inverted trapezoidal portion of the cross section is accommodated in the groove of the holder portion 26a and the emission surface 25a is exposed. Each end portion of the light guide rod 25 has one end surface 25c abutting against the reflecting surface 28 in the recess of the frame end portion 26c, and the other end surface 25d is the exit surface of the light emitting element 27 in the frame end portion 26b. Place it close to.

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。   For example, an LED is used for the light emitting element 27. When the image scanner 10 outputs only a monochrome image, a white LED is used, and when a color image is output, red, green, and blue LEDs are used corresponding to the three primary colors of RGB. Instead of these three color LEDs, a color image can be read by combining a white LED and red, green, and blue optical color filters.

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。   In FIG. 3, only one LED is drawn as the light emitting element 27. In another embodiment, a plurality of LEDs can be arranged at the end 26b of the frame 26. Further, instead of the reflecting surface 28, an LED can be arranged at the end 26c on the opposite side of the frame. As a matter of course, various known light-emitting elements such as organic or inorganic EL (electric luminescence) and LD (laser diode) can be adopted as the light-emitting element 27 in addition to the LED.

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。   In the illuminating device 19 of FIG. 3, the light emitted from the light emitting element 27 is introduced into the light guide rod 25 from the end surface 25d, and is guided in the longitudinal direction while being reflected by the inner surface. The light reaching the opposite end face 25c is reflected by the reflecting surface 28, and is similarly guided in the light guide rod 25 in the reverse direction in the longitudinal direction. When the frame 26 is white, light leaking from the light guide rod 25 to the outside in the groove and both end portions 26b and 26c of the holder portion 26a can be reflected and returned to the inside of the light guide rod. Loss is reduced.

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。   The light reflected by the light scattering surface 25b is emitted from the emission surface to the outside when the incident angle on the emission surface 25a is smaller than a predetermined critical angle. When the incident angle to the emission surface 25a is equal to or greater than the predetermined critical angle, the light is reflected by the emission surface and returns into the light guide rod 25. By forming the unevenness of the light scattering surface 25b at an appropriate pitch, illumination light with a uniform light amount is irradiated from the exit surface 25a over the entire length of the light guide rod 25.

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。   FIG. 4 schematically shows a configuration of a rod lens array 20 for line scanning used in the image sensor unit 14. The rod lens array 20 includes a large number of rod lenses 30 arranged between two substrates 31 and 32 and spacers 33 and 34 so that the central axes of the rod lenses are parallel to each other. One rod lens array arranged along the scanning direction is provided. The gaps between the rod lens 30 and the substrates 31, 32 and the spacers 33, 34 are filled with, for example, a thermosetting black silicon resin 35, thereby bonding and fixing the rod lens.

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。   In the present embodiment, the adjacent rod lenses 30 are arranged so as to be in close contact with each other, but in another example, they can be arranged with a certain gap. The rod lens rows can be arranged in two or more rows.

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。   Further, the two substrates 31 and 32 can be extended by a predetermined length along the axial direction of the rod lens 30 toward the emission side. The lengths of the extended portions 31 a and 32 a of the substrates 31 and 32 are set according to the working distance of the rod lens 30, for example. 2, when the rod lens array 20 is positioned with respect to the light receiving sensor 21 in FIG. 2, the lower ends of the extended portions 31 a and 32 a of the substrate are brought into contact with the upper surface of the sensor substrate 22. It can be matched to the conversion element 23. Further, by providing a recess on the upper surface of the sensor substrate 22 and inserting the lower ends of the extension portions 31a and 32a into the recess, the positioning accuracy can be increased not only in the height direction but also in the plane direction.

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。   The rod lens 30 is a cylindrical lens having a uniform circular cross section with a radius r1 along the central axis, that is, the optical axis, and having both end surfaces orthogonal to the optical axis polished flat. Each rod lens 30 has a refractive index distribution in which the refractive index continuously decreases from the central axis toward the outer periphery. Furthermore, the rod lens 30 of this embodiment has a refractive index distribution characteristic in which the refractive index continuously changes along the optical axis direction.

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。   Further, the rod lens 30 can change the size and shape of the circular cross section along the axial direction. Furthermore, the cross-sectional shape of the rod lens 30 can be various shapes other than a circle such as a polygon or a cross.

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。   As shown in FIG. 5, in the rod lens 30, the refractive index of the central axis, that is, the central refractive index is equal to N1 between the end region X1 on the incident side and the end region X2 on the outgoing side along the optical axis direction. It has the same refractive index distribution Q1. On the other hand, the intermediate region X3 between them is designed so that the central refractive index N2 is larger than N1 and has a refractive index distribution Q2 different from the incident side and outgoing side end regions X1 and X2. Thereby, the light reflected from the point image P1 on the document surface 24a advances meandering from the incident surface 30a of the rod lens 30 through the incident side end region X1 according to the refractive index distribution Q1, and enters the intermediate region X3. The light travels meandering according to the refractive index distribution Q2. Further, the laser beam advances in a meandering manner in accordance with the first refractive index distribution Q 1 and exits from the emission surface 30 b to form a point image I 1 on the light receiving surface 23 a of the photoelectric conversion element 23.

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。   The refractive index distribution in the optical axis direction can be set so that the refractive index gradually changes between the incident side and outgoing side end regions X1, X2 and the intermediate region X3. In another embodiment, the refractive index can be set to change steeply between the incident and exit side end regions X1, X2 and the intermediate region X3. In the intermediate region X3, the refractive index can be set so as to continuously change along the optical axis direction. In this case, the maximum center refractive index N2 is not necessarily the center position in the optical axis direction of the rod lens 30.

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。   By providing the refractive index distribution in the optical axis direction as described above, the period of light meandering the incident side end region X1 and the emission side end region X2 in the optical axis direction is equal. On the other hand, the period of light meandering the intermediate region X3 in the optical axis direction is shorter than that of the incident side and emission side end regions X1 and X2. Here, the distance between the point image P1 and the incident surface 30a, that is, the working distance L1, is equal to the distance between the point image I1 and the exit surface 25b.

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+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。 This is compared with the conventional rod lens 1 of FIG. It is assumed that the rod lenses 1 and 30 have the same lens radii r0 and r1 and the same focal depth, that is, the working distances L0 and L1 are equal. Since the length of the intermediate region X3 of the rod lens 30 of this embodiment is shorter than the corresponding intermediate region of the conventional rod lens 1, the lens length Z1 is correspondingly larger than the lens length Z0 of the conventional rod lens 1. Is also shortened. As a result, since the conjugate length (= Z 1 + 2L1) of the rod lens 30 is shorter than that of the conventional rod lens 1 while maintaining the same depth of focus, the rod lens array 20 and the image sensor 14 are downsized. be able to. Further, since the lens radii are the same, there is no possibility that the image reading performance is deteriorated.

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。   The rod lens 30 can be manufactured using conventional techniques. For example, in the case of manufacturing with germanium-doped quartz glass material, different refractive index distributions can be given in the optical axis direction by changing the intensity of ultraviolet light irradiated to give the refractive index distribution along the optical axis direction. It is known. In the case of a plastic material, it is known that the refractive index can be changed in the optical axis direction by adjusting the condensing region of the laser beam irradiated to the polymer material.

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。   FIG. 6 shows the arrangement of the illumination device 19 in the image sensor unit 14 and the orientation state of the illumination light applied to the document surface 24a. The rod lens array 20 is arranged such that the optical axis 30 c of the rod lens 30 is orthogonal to the upper surface of the platen glass 13 and the focal position is set slightly above the upper surface of the platen glass 13.

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。   By using the rod lens array 20 including the rod lenses 30 of FIG. 5, a depth of focus ΔL that is larger than the conventional one can be set above the upper surface of the platen glass 13. The document 24 is read between the position A where the optical axis and the upper surface of the platen glass 13 intersect along the optical axis 30c of the rod lens 30 and the position B at the deepest point of the focal depth ΔL from the upper surface of the platen glass 13. Thus, a clear output image can be obtained.

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。   Further, the rod lens array has the optical axis 30c of the rod lens orthogonal to the upper surface of the sensor substrate 22 of the light receiving sensor 21 and is aligned with the photoelectric conversion element 23, and the exit surface 20b is a working distance L1 from the photoelectric conversion element. It arrange | positions so that it may become. Since the working distance L1 of the rod lens 30 is longer than before, a larger space than before is secured above the sensor substrate 22.

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。   In this embodiment, the illuminating device 19 is arranged on one side (right side in the figure) of the rod lens array 20 in the sub-scanning direction with the emission surface 25a of the light guide rod 25 facing the position A on the upper surface of the platen glass 13. The By using the large space secured above the sensor substrate 22, the illuminating device 19 makes the optical axis of the illuminating light 36 irradiated from the emission surface 25 a, that is, the illuminating axis 37 a larger angle with respect to the platen glass 13. It becomes possible to stand up. It is also possible to provide the illumination device 19 on the sensor substrate 22.

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。   The illumination light 36 is oriented so that the illumination axis 37 intersects the optical axis 30c of the rod lens at a position C between the position A and the position B. Here, the position C between the position A and the position B means that the case where the position C matches the position A or the position B is not included. The illumination device 19 is configured so that the illumination light 36 always includes the position A and the position B in the irradiation range, and the desired sufficient illuminance is obtained in the entire range of the focal depth ΔL from the position A to the position B. Determine the setting conditions. This design condition includes, for example, the output and characteristics of the light emitting element 27, the optical performance of the light guide rod 25 and the exit surface 25a, the structure of the illumination device 19, the arrangement of each component, and the like.

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。   If the illuminance distribution changes abruptly within the range of the focal depth ΔL along the optical axis 30c of the rod lens 30, the original 24 is sufficiently placed on the upper surface of the platen glass 13 even if the original density (reflectance) is uniform. If it is not in close contact, the output obtained by the light receiving sensor 21 changes, and the output image is uneven in the sub-scanning direction. This can be solved by keeping the amount of change in illuminance within a certain range over the entire range of the focal depth ΔL.

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。   The illumination light 36 is diffuse light, and its illuminance generally has a peak on the illumination axis 37 and attenuates as it moves away from the illumination axis toward the outer edge. For this reason, the illumination axis 36 is not aligned with the position A on the upper surface of the platen glass 13 but with the position of the illumination light 36 according to the position C between the position A and the position B as described above. As a whole, fluctuations in the illuminance distribution can be reduced. In this embodiment, it is preferable that the fluctuation range of the illuminance distribution between the position A and the position B is set to ± 5%, where the illuminance at the position C on the illumination axis 37 is 100%.

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。   Normally, shading correction of the image reading apparatus is performed by placing a reference white reference plate on the upper surface of the platen glass. Since the white reference plate used as a product that can actually be mass-produced has a reflectance of 90% to 95%, when shading correction is performed with this white reference as a full range, a document with a higher reflectance than that is All the output of the read data is saturated on the white side. After the shading correction is performed with the white reference as a full range, if the ambient temperature of the light source of the illumination light changes and the illuminance increases, a document with the same reflectance as the white reference similarly outputs all of the read data. Saturates on the white side. In order to avoid these inconveniences, an output of 255 × 0.9≈230 gradations is usually obtained with a target of about 90% of the full range with respect to the output of the read data obtained from the white reference. Perform shading correction.

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。   In the present embodiment, as described above, the illuminance at the position A on the upper surface of the platen glass 13 where the white reference for performing shading correction is arranged is within a range of ± 5% with respect to the illuminance on the illumination axis 37. Assuming that the illuminance at position A is 95% of the minimum value, the output of the read data obtained on the upper surface of the platen glass 13 is 95% of the output at position C on the illumination axis 37. Here, shading correction is performed on the data obtained from the white reference on the upper surface of the platen glass 13 with a target of 90% of the full range, and after reading the actual document at the position A on the upper surface of the platen glass 13, the document is illuminated with the illumination axis. Suppose that it has risen to position C at 37. At this time, the output of the data read from the position C is + 5% different from the data read at the position A. This difference is 230 × 0.05≈12 gradations. When the document read at position C has the same reflectance as the white reference on the upper surface of the platen glass 13, the output is 230 + 12 = 242 gradations and does not saturate on the white side. Further, the 12-tone output difference with respect to the reference output is within an allowable range of output variation required for a general scanner.

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。   Further, consider a case where the illuminance at position A is 95% of the illuminance at position C and the illuminance at position B is 105% of the maximum value. Similarly, after reading an actual document at position A on the upper surface of the platen glass 13, it is assumed that the document has lifted up to position B at the deepest point of the focal depth. At this time, the output of the data read from the position B has a difference of + 10% from the data read at the position A. This difference is 230 × 0.10 = 23 gradations. When the document read at the position B has the same reflectance as the white reference on the upper surface of the platen glass 13, the output is 230 + 23 = 253 gradations, and in this case, the white side is not saturated.

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。   In this embodiment, the fluctuation range of the illuminance distribution between the position A and the position B is set to ± 5% of the illuminance at the position C on the illumination axis 37, but the present invention is not limited to this. The illuminance distribution between the position A and the position B is, for example, an illumination axis 37 according to the design specifications and usage conditions of the image scanner 10, the performance and characteristics of the rod lens array 20 and the light receiving sensor 21 constituting the image sensor unit 14, for example. An appropriate range such as 90%, 85% or ± 10% of the above illuminance can be set.

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。   In general, diffused light attenuates as the illuminance peaks on the illumination axis and moves away from the outer edge side, and greatly decreases at the outer edge portion. As described above, since the illumination light 36 of the present embodiment is also diffused light, it is difficult to secure desired illuminance at the position A and / or position B if the emission range from the emission surface 25a is excessively narrowed. There is. Therefore, it is preferable that the emission range of the illumination light 36 from the emission surface 25a is set so as to include a region somewhat outside the positions A and B.

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。   At this time, as shown in FIG. 6, the portion 36b of the illumination light 36 closer to the rod lens array 20 than the illumination axis 37 is partially shielded by the side wall of the adjacent rod lens array 20, and the irradiation range is platen. Orientation is performed so that the position A on the upper surface of the glass 13 does not exceed the left side in the drawing, that is, in the direction opposite to the irradiation direction of the illumination light. Thereby, the illumination axis 37 can be arranged to stand at a larger angle with respect to the platen glass 13. As a result, the illumination light 36 can be irradiated from a higher angle toward the document surface 24a, so that the emission range of the illumination light 36 can be narrowed down. Thereby, the illuminating device 19 can illuminate the original surface with sufficient illuminance that is always required stably over the entire depth of focus while suppressing the output of the light emitting element 27 as a light source.

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。   In another embodiment, the image sensor unit 14 may include two lighting devices 19 having the same configuration. In this case, one illumination device 19 is arranged symmetrically on both sides in the sub-scanning direction with the rod lens array 20 interposed therebetween. Thereby, it is possible to ensure sufficient illuminance necessary for reading and outputting a clear image over the entire range of the focal depth while reducing the size of each lighting device 19 with a low output.

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。   The image scanner of the above embodiment is a line sensor that reads a document as a one-dimensional image by arranging rod lenses and photoelectric conversion elements in one row, but is not limited to this. The present invention can be similarly applied to a surface sensor in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged to read a document as a two-dimensional image.

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。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in relation to the preferred embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, In the technical scope, it can implement with a various change or deformation | transformation. Needless to say. For example, the illuminating device and the light guide rod have been proposed in various structures so far as the illumination device and the light guide rod can irradiate a uniform amount of illumination light along the reading width of the document.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Image scanner 11 Main body part 12 Platen cover 14 Image sensor unit 19 Illuminating device 20 Rod lens array 21 Light receiving sensor 22 Sensor substrate 23 Photoelectric conversion element 24a Original surface 25 Light guide rod 25a Outgoing surface 26 Frame 27 Light emitting element 30 Rod lens 30c Optical axes 31, 32 Substrate 33, 34 Spacer 36 Illumination light 37 Illumination axis

Claims (3)

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、かつ、
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、所定の範囲内にあるイメージセンサーユニット。
An illumination device for illuminating the document surface;
A light receiving sensor;
A rod lens array that focuses reflected light from the document surface on the light receiving sensor;
The position of the original surface closest to the rod lens array in the range of the focal depth on the original side along the optical axis of the rod lens array, and the rod lens of the illumination light from the illumination device, and the rod lens Passing between the position B of the document surface furthest from the array, and
The illuminance of the illumination light in a whole range from the position A to the position B is predetermined with respect to the illuminance of the illumination light at an intersection position C between the optical axis of the illumination light and the optical axis of the rod lens array. Image sensor unit within range.
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請求項1に記載のイメージセンサーユニット。   The portion of the illumination light emitted to the rod lens side with respect to the optical axis of the illumination light is partially shielded by the adjacent rod lens array, and the illumination light irradiation range is the illumination light irradiation The image sensor unit according to claim 1, wherein the illumination light is oriented so as not to exceed the position A from a direction. 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。
An image reading device comprising: a platen glass for placing a document; and the image sensor unit according to claim 1, wherein a position A of the document surface in the image sensor unit is defined by a document placement surface of the platen glass. apparatus.
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