JP3601643B2

JP3601643B2 - 反射光学ユニット及びスキャナー光学系

Info

Publication number: JP3601643B2
Application number: JP34189396A
Authority: JP
Inventors: 好司金子
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: JPH10190979A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射光学ユニット及びスキャナー光学系に係り、特に、必要とされる共役長を確保すべく撮影対象物とレンズとの間に配置される光路形成用の反射光学ユニット、及びその反射光学ユニットを備えた小型のスキャナー光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
照明用の光源で原稿を照明しつつ、該原稿に沿って移動しながら画像情報を取り込むハンディースキャナーでは、読取口（スリット）から入射する原稿面からの光をレンズを介してラインセンサ（ＣＣＤ）に導いている。かかる共役長を確保すべく、従来はスキャナーのケーシング内に折り返し用のミラーが複数枚設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスキャナー光学系では、必要な共役長を確保するために配設されるミラーの角度調整が微妙であり、複数のミラーについて適正な角度に組付けることは極めて困難である。
また、折り返し回数が増えるとミラーの枚数が増え、更なる小型化も難しいという問題がある。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、反射面の角度の微妙な調整が不要で一層の小型化を図ることができる光路形成用の反射光学ユニットを提供するとともに、かかる反射光学ユニットを適用して小型のハンディースキャナーに好適なスキャナー光学系を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成する為に、２組の平行平面で包囲される領域内に入射した光束を前記平行平面の各面で少なくとも１回反射して出射する４面反射光学系が複数個組み合わされて成ることを特徴としている。
即ち、２組の平行平面から成る４面反射光学系は、２組の平行平面の長さ比を変更することによって反射回数を増減させることができ、前記平行平面で包囲される領域内に比較的長い光路長を形成することができるという利点がある。かかる４面反射光学系を複数個設けたことにより、１つの４面反射光学系を大型化させることなく、より長い光路長を達成することができ、１つの４面反射光学系で構成する場合よりも、薄型化を図ることができる。
【０００６】
このように、本発明によれば、長い光路長が要求される場合にも折り返し用のミラー等を増設する必要がなく、光学系の小型化を図ることができるという利点がある。
また、反射面が形成された２つの光学ブロックを対向して配置することにより複数個の４面反射光学系を形成する場合に、前記各光学ブロックを互いに同一形状に形成することができる場合がある。かかる場合には、両ブロックを共通の型で製作することができるという利点がある。
【０００７】
更に、４面反射光学系の１つ又は前記４面反射光学系の複数個の結合を基本構成単位とし、各基本構成単位をモジュール化することにより、基本構成単位を複数個結合させることで種々の形態に対応することができ、部品種類の低減を図ることができる。
また、本発明は前記目的を達成する為に、光源で照明された撮影対象物からの光をレンズを介して撮像手段に導くスキャナー光学系において、２組の平行平面で包囲される領域内に入射した光束を、前記平行平面の各面で少なくとも１回反射して出射する４面反射光学系を複数個組み合わせて成る反射光学ユニットを備え、前記撮影対象物からの光を前記反射光学ユニットを介して前記レンズに導くように構成されることを特徴としている。
【０００８】
本発明は、上述した反射光学ユニットをスキャナー光学系に適用したものである。かかる構成によれば、反射面の角度調整が不要或いは容易となり、光軸調整も容易なことに加え、一層の小型化、薄型化を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るスキャナー光学系の実施の形態について詳説する。
図１は、本発明に係るスキャナー光学系が適用されたハンディースキャナーの断面図であり、図２は、その正面透視図である。
【００１０】
図１に示すスキャナー１０は、ケーシング１２内に反射光学ユニット１４、レンズ１８、ラインセンサ（ＣＣＤ）２０、スキャナー回路２２及び位置検出用のローラ２４等が配置されて成る。尚、符号２６はＣＣＤ基板である。
反射光学ユニット１４は、透明の光学プラスチックで成形された２つの光学ブロック１５、１６から成る。尚、光学ブロック１５、１６を光学プラスチックで形成したのは、ガラスに比べて軽量で、加工成形が容易だからである。
【００１１】
前記光学ブロック１５の左側面には、Ｗ字状に４つの反射面が形成されている。即ち、下から、長さＡの反射面３２と、これに直交する長さＢ（＞Ａ）の反射面３６と、前記反射面３６に直交する長さＢの反射面４８と、前記反射面４８に直交する長さＡの反射面４４とが形成されている。
一方、前記光学ブロック１６の右側面にも、Ｗ字状に４つの反射面が形成されている。即ち、下から、長さＢの反射面３８と、これに直交する長さＡの反射面３４と、前記反射面３４に直交する長さＡの反射面４２と、前記反射面４２に直交する長さＢの反射面４６とが形成されている。尚、前記各反射面３２、３４、３６、３８、４２、４４、４６、４８には、銀蒸着コーティングが施されている。
【００１２】
両光学ブロック１５、１６は所定の距離ｄを隔てて対向して配置され、反射面３２と反射面３４とが互いに平行に向かい合い、一組の平行反射面が構成される。同様に、反射面３６と反射面３８、反射面４２と反射面４４、反射面４６と反射面４８が互いに平行に向かい合うように配置される。
かかる構成により、反射面３２、３４、３６、３８から成る４面反射光学系と、反射面４２、４４、４６、４８から成る４面反射光学系とが上下に２つ連続して形成される。
【００１３】
また、２つの光学ブロック１５、１６が距離ｄの間隔で配置されることで、前記反射面３２と反射面３８の交線部分に光束の入射口５０が形成され、反射面３４と反射面３８の交線部分に出射口５２が形成される。前記入射口５０と出射口５２とは、各反射面３２、３８、４４、４６の反射の妨げとならない程度の大きさに形成される。
【００１４】
このように、入射口５０の幅を制限することにより、必要な光の入射を確保しつつ、不要光の進入を防止できる。また、出射口５２の幅に応じて適正な出射光量を得ることができるという利点がある。
尚、出射口５２の幅が小さいとサジタル方向の光量が小さくなり解像度が低下するので、サジタル方向の光量を十分に得られる程度に出射口５２の幅を定める必要がある。
【００１５】
図中光学ブロック１６の左側面には、原稿照明用の光源２７を組付けるための凹部（光源配置部）２８が形成されており、該凹部２８に発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ等の光源２７が配置される。光源２７からの光は光学ブロック１６内に進入し、該ブロック内部を通過して照明光出射面２９から原稿３０に向けて照射される。尚、光源２７は、ＬＥＤアレイに限らず、直線状の蛍光ランプでもよい。
【００１６】
前記ケーシング１２の底面には、前記反射光学ユニット１４の入射口５０の真下の部分にスリットが形成されており、前記照明光出射面２９から出射される光は該スリットを介して原稿３０に照射される。また、原稿３０からの光は、前記スリットからケーシング１２内に導かれ、前記入射口５０から当該反射光学ユニット１４に入射する。
【００１７】
反射光学ユニット１４に入射した光は、反射面３６で図中９０度左方向に反射され、以後、反射面３４、３８、３６、３２、３８の順に反射され、第下段の４面反射光学系から上段の４面反射光学系に向けて出射される。上段の４面反射光学系に入射した光は、反射面４６で図中９０度右方向に反射され、以後、反射面４４、４８、４６、４２、４８の順に反射され、最終的に出射口５２から反射光学ユニット１４外へ出射される。
【００１８】
反射光学ユニット１４の出射口５２の上方にはレンズ１８、ＣＣＤ２０が配設され、反射光学ユニット１４から出射された光はレンズ１８を介して前記ＣＣＤ２０に導かれる。ＣＣＤ２０の受光面に入射した光は、光の強さに応じた電気信号に変換され、その電気信号はスキャナー回路２２に導かれる。そして、スキャナー回路２２の画像信号処理手段によって原稿画像の情報が取得される。
【００１９】
また、ケーシング１２の下部に配設された位置検出用のローラ２４には、エンコーダ等の回転数を検出する手段（不図示）が設けられ、スキャナー１０が移動した位置や移動量を検出できるようになっている。
次に、上記の如く構成された本発明に係るスキャナー光学系が適用されたハンディースキャナーの作用について説明する。
【００２０】
先ず、２組の平行平面から成る４面反射光学系の反射作用について説明する。
図３乃至図６は、２組の平行平面から成る４面反射光学系をモデル化した説明図である。長さＡの一組の平行な反射面３２、３４と、長さＢ（＞Ａ）の一組の平行な反射面３６、３８とから成り、これら２組の平行平面が互いに直交して成る４面反射光学系において、図中白丸で示す最下の頂点（入射点）から光が入射する場合の反射光路について長さの比率（Ａ：Ｂ）との関係で説明する。
【００２１】
図３には、Ａ：Ｂ＝３：４の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きに反射光学ユニット１４内に進入した光は、反射面３６（以下、第１反射面という）で図中９０度右方向に反射され、以後、反射面３４（以下、第２反射面という）、反射面３８（以下、第３反射面という）、反射面３２（以下、第４反射面という）の順に、それぞれ１回づつ反射され、最後に再び第１反射面３６で反射され、図中黒丸で示す右端の頂点（出射点）から反射光学ユニット１４外に出射される。この場合、総反射回数５回、光路長は４×２^１／２×Ａとなる。
【００２２】
図４には、Ａ：Ｂ＝３：５の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きに反射光学ユニット１４内に進入した光は、第１反射面３６で図中９０度右方向に反射され、以後、第２反射面３４、第３反射面３８、第１反射面３６、第４反射面３２、第３反射面３８の順に反射され、図中黒丸で示す上側の頂点（出射点）から反射光学ユニット１４外に出射される。この場合、総反射回数６回、光路長は５×２^１／２×Ａとなる。
【００２３】
図５には、Ａ：Ｂ＝４：５の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きに反射光学ユニット１４内に進入した光は、第１反射面３６で図中９０度右方向に反射され、以後、順に第２反射面３４、第３反射面３８、第４反射面３２、第１反射面３６、第２反射面３４、第３反射面３８の順に反射され、図中黒丸で示す左側の頂点（出射点）から反射光学ユニット１４外に出射される。この場合、総反射回数７回、光路長は５×２^１／２×Ａとなる。
【００２４】
図６には、Ａ：Ｂ＝３：７の様子が示されている。図中白丸で示す入射点から上向きに反射光学ユニット１４内に進入した光は、各反射面で少なくとも１回反射し、合計８回の反射を経て図中黒丸で示す上側の出射点から反射光学ユニット１４外に出射される。この場合、光路長は７×２^１／２×Ａとなる。
上述したように、Ａ：Ｂの比率を変更することにより反射経路、反射回数が変更され、出射方向を右方向、左方向、上方向と適宜変更することができるとともに、光路長も適宜変更できる。どのような比率を採用するかは、必要とされる共役長や、入射口５０、レンズ１８及びＣＣＤ２０の配置関係に応じて決定される。
【００２５】
かかる構成により、２組の平行な反射面の長さの比率（Ａ：Ｂ）に応じて反射回数を増減でき、従来の折り返し用のミラーを増設することなく、比較的長い光路長を形成することができる。これにより、ミラーの微妙な角度調整が不要になるとともに、一層の小型化を図ることができるという利点がある。
図１に示す実施の形態では、上述した４面反射光学系を上下に２個連続して組み合わせたものが採用されている（図７参照）。このように、４面反射光学系を上下に連続して設けたことにより、１つの４面反射光学系で同等の光路長を形成する場合に比べて、図中の左右方向の厚みを小さくすることができるという利点がある。特に、図７のように図４で示した４面反射光学系を２個連結すると、入射光軸と出射光軸とを同じ軸上に一致させることができ、光軸調整が一層容易であるという利点がある。
【００２６】
このような反射光学ユニットを備えたスキャナー１０を原稿３０面に沿って一方向（図中右方向又は方向）に移動させると、ローラ２４が原稿３０に接触しながら回転し、該スキャナー１０と原稿３０面との距離が一定に保たれ、スキャナー１０は滑らかに移動する。そして、ローラ２４の回転に基づいてスキャナー１０の位置を検出しながら、原稿３０面からの光を上述の反射光学ユニット１４、及びレンズ２０を介して順次ＣＣＤ２０に導くことにより、原稿３０の画像情報を取得することができる。
【００２７】
上記実施の形態では、４面反射光学系が上下に２段形成される場合を例に説明したが、図８に示すように４面反射光学系を左右に２個設けてもよい。
即ち、図８は、図３に示した４面反射光学系を横に２つ組み合わせたものであり、光学ブロック５５と光学ブロック５６とは同一形状に形成される。一方の光学ブロック５５を回転させることにより、他方の光学ブロック５６と一致させることができ、両ブロックは、同一の型で製作することができる。
【００２８】
このように、左右の光学ブロック５５、５６を回転対称の形状に構成し、同一の型で成形可能にしたので、製作コストを大幅に低減できるという利点がある。また、図８のように４面反射光学系を左右に連続して設けた場合には、同図中上下方向の厚さを薄型化できるという利点がある。
上記実施の形態では、４面反射光学系が２つ形成される場合について説明したが、図９に示すように、２つの対向する光学ブロック５７、５８によって４面反射光学系を３個形成してもよく、２以上であれば組み合わせの個数は限定されない。
【００２９】
更に、図７に示した反射光学ユニットと、図８に示した反射ユニットとを組み合わせて、より多様な反射光路を形成することも可能である。
即ち、図７、図８で示したような反射光学ユニットを基本構成単位と考えて、これらを任意に組み合わせて結合させることにより、様々な形態の反射光学ユニットを形成することができる。
【００３０】
同様に、図３から図６で示したような２組の平行平面で構成される各種の４面反射光学系を一対の光学ブロック等で構成し、これを基本構成単位に含めてもよい。
このように、４面反射光学系の一つ又は前記４面反射光学系の複数個の結合を基本構成単位とし、各基本構成単位をモジュール化することにより、部品種類の低減を図るとともに、種々の形態に対応することができる。
【００３１】
従って、例えば、レンズ１８や位置検出用ローラ２４等の他の部材を含めたレイアウトの関係で直線的な光路の形成が困難な場合には、異種の光学ブロックを組み合わせることで適宜対応することができるという利点がある。
上記実施の形態では、一組の平行な反射面３２、３４と他の一組の平行な反射面３６、３８とが互いに９０度を成している場合について説明したが、反射面どうしの交わる角度は９０度に限らず、図１０に示すように６０度又は１２０度を成すようにしてもよい。
【００３２】
更に、上記の実施の形態では、入射口５０と、レンズ１８及びＣＣＤ２０が縦方向に略直線的に並ぶ縦型のスキャナーを例に説明したが、下方から入射する光を直交する方向（水平方向）に出射する反射光学ユニットを用いた横型のスキャナーにも本発明を適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る反射光学ユニットによれば、２組の平行平面の各面で少なくとも１回反射する４面反射光学系を複数個連続して設けたので、前記平行平面で包囲される空間内に比較的長い光路長を形成することができるとともに、一つの４面反射光学系で構成する場合よりも、薄型化を図ることができる。また、従来の折り返し用のミラーの微妙な角度調整が不要になるとともに、一層の小型化を図ることができる。
【００３４】
また、２つの光学ブロックを対向して配置することにより前記複数個の４面反射光学系を形成する場合、これら２つの光学ブロックを互いに同一形状に形成することができる場合がある。かかる場合には、両ブロックを共通の型で製作することができ、低コスト化を図ることができる。
特に、４面反射光学系の一つ又は前記４面反射光学系の複数個の結合を基本構成単位とし、各基本構成単位をモジュール化するようにしたので、種々の形態に応じた反射光学系を個別に用意しなくても、基本構成単位を任意に組み合わせることによって種々の形態に対応することができるという利点がある。これにより、部品種類の低減を図ることができる。
【００３５】
また、上述した反射光学ユニットをスキャナー光学系に適用すれば、反射面の角度調整が不要或いは容易となり、一層の小型化、薄型化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスキャナー光学系が適用されたハンディースキャナーの断面図である。
【図２】図１に示したハンディースキャナーの光学系の構成を示す正面透視図である。
【図３】２組の長さの異なる平行な反射面を有する４面反射光学系の反射経路を説明する為に用いた図である。
【図４】２組の長さの異なる平行な反射面を有する４面反射光学系の反射経路を説明する為に用いた図である。
【図５】２組の長さの異なる平行な反射面を有する４面反射光学系の反射経路を説明する為に用いた図である。
【図６】２組の長さの異なる平行な反射面を有する４面反射光学系の反射経路を説明する為に用いた図である。
【図７】反射光学ユニットの拡大図断面図である。
【図８】反射光学ユニットの他の形態を示す拡大断面図である。
【図９】反射光学ユニットの他の形態を示す拡大断面図である。
【図１０】２組の平行な反射面が６０度又は１２０度を成すように構成した場合の反射経路を示す図である。
【符号の説明】
１０…スキャナー
１２…ケーシング
１４…反射光学ユニット
１５、１６、５５、５６、５７、５８…光学ブロック
１８…レンズ
２０…ラインセンサ（ＣＣＤ）
２２…スキャナー回路
２４…位置検出用のローラ
２７…照明用の光源
３０…原稿
３２、３４、３６、３８、４２、４４、４６、４８…反射面
５０…入射口
５２…出射口

Claims

２組の平行平面で包囲される領域内に入射した光束を前記平行平面の各面で少なくとも１回反射して出射する４面反射光学系が複数個組み合わされて成ることを特徴とする反射光学ユニット。
前記２組の平行平面から成る複数個の４面反射光学系は、一対の光学ブロックで形成され、前記各光学ブロックは互いに同一形状に形成され、同一の型で成形可能であることを特徴とする請求項１の反射光学ユニット。
前記４面反射光学系の一つ又は前記４面反射光学系の複数個の結合を基本構成単位とする反射光学系モジュールが少なくとも１種類形成され、前記反射光学系モジュールを複数個結合させて成ることを特徴とする請求項１の反射光学ユニット。
光源で照明された撮影対象物からの光をレンズを介して撮像手段に導くスキャナー光学系において、
２組の平行平面で包囲される領域内に入射した光束を、前記平行平面の各面で少なくとも１回反射して出射する４面反射光学系を複数個組み合わせて成る反射光学ユニットを備え、前記撮影対象物からの光を前記反射光学ユニットを介して前記レンズに導くように構成されることを特徴とするスキャナー光学系。