专利名称：成像光学元件、成像光学阵列及图像读取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及形成物体的正像的成像光学元件及成像光学阵列以及采用该成像光学元件读取物体的图像的图像读取装置。2011 年 I 月 21 日提交的日本专利申请 No. 2011-010591、No. 2010-010592、 No. 2011-010593、No. 2011-010746、No. 2010-010747 通过引用结合于此。
背景技术：
图像扫描仪、传真机、复印机、金融终端装置等中，采用接触式图像传感器 (Contact Image Sensor)模块(以下，简称“CIS模块”)作为图像读取装置。该CIS模块具有向读取对象物照射光的光源部、使读取对象物的正的等倍像成像的成像光学部和读取由成像光学部成像的正的等倍像的光学传感器，成像光学部和光学传感器的配置关系固定化。该情况是光学传感器的配设自由度降低的主因之一。因而，例如专利文献I所述，提出了通过在屋脊棱镜透镜阵列的成像侧配置反射部件，使成像侧光轴折返，可显著扩展可配设光学传感器的位置范围的技术。专利文献I :日本特开2000-66134号公报
发明内容
但是，屋脊棱镜透镜阵列中，采用物体侧透镜面和成像侧透镜面正交配置，并且以与包含2个透镜的光轴的平面形成45°的方式配置棱线的构造，因此无法避免成像光学部的复杂化。另外，为了良好获得读取对象物的正像，必须高精度定位棱线的位置并高精度调节与反射部件的相对位置关系。本发明的几个形态的目的提供构成简单且无需高精度定位的技术。[适用例I]本适用例的成像光学元件，其特征在于，具有入射从物体出射的光线的第I透镜面的入射部、具有出射光线的第2透镜面的出射部以及将上述入射部和上述出射部带有角度地连结的弯曲部由透明介质一体成形，上述弯曲部具有将入射上述第I透镜面的入射光线反射并向上述第2透镜面导光的反射面，在上述入射部、上述弯曲部及上述出射部之一形成上述物体的中间像，并且使上述中间像成像，在上述第2透镜面的出射侧形成上述物体的正像。根据这样的构成，成像光学元件由透明介质一体成形为使具有第I透镜面的入射部和具有第2透镜面的出射部形成角度并由弯曲部连结。另外，在弯曲部设置反射面，经由第I透镜面入射透镜的光线由弯曲部的反射面反射，向第2透镜面导光。这样，入射光线在成像光学元件内折返的同时进入成像光学元件内。然后，入射光线在入射部、弯曲部及出射部之一形成中间像，并且该中间像由第2透镜面成像，形成物体的正像。从而，成像光学元件将入射部、出射部及包含反射面的弯曲部一体成形，因此，将这样的成像光学元件组装到装置等时，不必分别匹配入射部、出射部及弯曲部的相对位置，不需要成像光学元件的高精度的定位，因此可简单构成成像光学元件。[适用例2]上述适用例的成像光学元件中，优选的是，在上述弯曲部的外周面配置反射膜，形成上述反射面。根据这样的构成，在与入射部及出射部一体成形的弯曲部的外周部配置反射膜， 因此，入射部、反射膜及出射部的相对的位置关系可以高精度形成。[适用例3]上述适用例的成像光学元件中，优选的是，上述弯曲部的外周面具有平面形状，并且上述第I透镜面和上述第2透镜面具有相互对称的面形状，以等倍使上述物体的正像成像。根据这样的构成，通过具有对称的面形状，可以高精度形成正的等倍像。[适用例4]上述适用例的成像光学元件中，优选的是，上述弯曲部的外周面具有曲面形状。根据这样的构成，反射面成为曲面而具有放大率，因此，有利于成像光学元件的小型化和成像性能的提闻。[适用例5]本适用例的成像光学阵列，其特征在于，包括一体地排列的多个上述成像光学元件。根据这样的构成，成像光学元件由透明介质一体成形为使具有第I透镜面的入射部和具有第2透镜面的出射部形成角度并由弯曲部连结。另外，在弯曲部设置反射面，经由第I透镜面入射透镜的光线由弯曲部的反射面反射，向第2透镜面导光。这样，入射光线在成像光学元件内折返的同时进入成像光学元件内。然后，入射光线在入射部、弯曲部及出射部之一形成中间像，并且该中间像由第2透镜面成像，形成物体的正像。从而，成像光学元件将入射部、出射部及包含反射面的弯曲部一体成形，因此，将这样的成像光学元件组装到成像光学阵列时，不必分别匹配入射部、出射部及弯曲部的相对位置，不需要成像光学元件的高精度的定位，因此可简单构成成像光学元件，并且，从入射部至出射部的光路内不存在空气，因此不会降低光的利用效率，由成像光学系统可容易且高效率地形成物体的正像。[适用例6]上述适用例的成像光学阵列中，优选的是，上述多个透镜一体成形，形成透镜阵列，上述多个反射膜在上述多个弯曲部的外周面一体地设置。[适用例7]上述适用例的成像光学阵列中，优选的是，上述第I透镜面及上述第2透镜面中至少一方在上述成像光学元件排列的排列方向和与上述排列方向正交的正交方向上具有不同的面形状。根据这样的构成，通过使排列方向及正交方向的曲率不同，可容易地实现 MTF(Modulation Transfer Function :调制传递功能)的改善，获得高精度的成像性能。[适用例8]本适用例的图像读取装置，其特征在于，包括向物体照射光的光源部；所述的成像光学元件；读取由上述成像光学元件成像的正像的读取部。根据这样的构成，成像光学元件由透明介质一体成形为使具有第I透镜面的入射部和具有第2透镜面的出射部形成角度并由弯曲部连结。另外，在弯曲部设置反射面，经由第I透镜面入射透镜的光线由弯曲部的反射面反射，向第2透镜面导光。这样，入射光线在成像光学元件内折返的同时进入成像光学元件内。然后，入射光线在入射部、弯曲部及出射部之一形成中间像，并且该中间像由第2透镜面成像，形成物体的正像。从而，成像光学元件将入射部、出射部及包含反射面的弯曲部一体成形，因此，将这样的成像光学元件组装到图像读取装置等时，不必分别匹配入射部、出射部及弯曲部的相对位置，不需要成像光学元件的高精度的定位，因此可简单构成成像光学元件，并且，从入射部至出射部的光路内不存在空气，因此不会降低光的利用效率，由成像光学系统可容易且高效率地形成物体的正像。[适用例9]上述适用例的成像光学元件，其特征在于，上述反射面是使光全反射的全反射面。根据这样的构成，从入射部至出射部的光路内不存在空气，因此可抑制光的利用效率的降低。[适用例10]上述适用例的成像光学元件，优选的是，上述全反射面具有平面形状，并且上述第 I透镜面和上述第2透镜面具有相互对称的面形状，以等倍使上述物体的正像成像。根据这样的构成，通过具有对称的面形状，可以高精度形成正的等倍像。[适用例11]上述适用例的成像光学元件，优选的是，上述全反射面具有曲面形状。根据这样的构成，反射面成为曲面而具有放大率，因此，有利于成像光学元件的小型化和成像性能的提闻。[适用例12]上述适用例的成像光学阵列，其特征在于，包括一体地排列的多个所述的成像光学元件。根据这样的构成，成像光学元件由透明介质一体成形为使具有第I透镜面的入射部和具有第2透镜面的出射部形成角度并由弯曲部连结。另外，在弯曲部设置反射面，经由第I透镜面入射透镜的光线由弯曲部的反射面反射，向第2透镜面导光。这样，入射光线在成像光学元件内折返的同时进入成像光学元件内。然后，入射光线在入射部、弯曲部及出射部之一形成中间像，并且该中间像由第2透镜面成像，形成物体的正像。从而，成像光学元件将入射部、出射部及包含反射面的弯曲部一体成形，因此，将这样的成像光学元件组装到成像光学阵列时，不必分别匹配入射部、出射部及弯曲部的相对位置，不需要成像光学元件的高精度的定位，因此可简单构成成像光学元件，并且，从入射部至出射部的光路内不存在空气，因此不会降低光的利用效率，由成像光学系统可容易且高效率地形成物体的正像。[适用例13]上述适用例的成像光学阵列，其特征在于，上述第I透镜面及上述第2透镜面中至少一方在上述成像光学元件排列的排列方向和与上述排列方向正交的正交方向上具有不同的面形状。根据这样的构成，通过使排列方向及正交方向的曲率不同，可容易地实现MTF的改善，获得高精度的成像性能。[适用例14]上述适用例的图像读取装置，其特征在于，包括向物体照射光的光源部；所述的成像光学元件；读取由上述成像光学元件成像的正像的读取部。根据这样的构成，成像光学元件由透明介质一体成形为使具有第I透镜面的入射部和具有第2透镜面的出射部形成角度并由弯曲部连结。另外，在弯曲部设置反射面，经由第I透镜面入射透镜的光线由弯曲部的反射面反射，向第2透镜面导光。这样，入射光线在成像光学元件内折返的同时进入成像光学元件内。然后，入射光线在入射部、弯曲部及出射部之一形成中间像，并且该中间像由第2透镜面成像，形成物体的正像。从而，成像光学元件将入射部、出射部及包含反射面的弯曲部一体成形，因此，将这样的成像光学元件组装到图像读取装置等时，不必分别匹配入射部、出射部及弯曲部的相对位置，不需要成像光学元件的高精度的定位，因此可简单构成成像光学元件，并且，从入射部至出射部的光路内不存在空气，因此不会降低光的利用效率，由成像光学系统可容易且高效率地形成物体的正像。[适用例15]上述适用例的成像光学元件，优选的是，上述物体的中间像的形成位置在上述反射面和上述第2透镜面之间。根据这样的构成，在第I透镜面和中间像之间由反射面使入射光线折返，因此，可以在从物体朝向第I透镜面的方向中使成像光学元件薄型化。例如，可以使入射光线在反射面大致直角折返，即可以使入射部和出射部相互正交配置，可实现成像光学元件的薄型化。[适用例16]上述适用例的成像光学元件，优选的是，在上述弯曲部的外周面配置反射膜，形成上述反射面。根据这样的构成，通过在反射面形成反射膜可获得高反射效率，因此可以降低反射时的光量的损失。[适用例17]上述适用例的成像光学元件，优选的是，使上述入射光线全反射的全反射面作为上述反射面，在上述弯曲部形成。根据这样的构成，由反射面利用全反射，因此可降低光量的损失。[适用例18]上述适用例的成像光学元件，优选的是，上述反射面具有平面形状，并且上述第I 透镜面和上述第2透镜面具有相互对称的面形状，等倍使上述物体的正像成像。根据这样的构成，通过具有对称的面形状，可以高精度形成正的等倍像。[适用例19]上述适用例的成像光学元件，优选的是，上述反射面具有曲面形状。根据这样的构成，反射面成为曲面而具有放大率，因此，有利于成像光学元件的小型化和成像性能的提闻。[适用例20]上述适用例的成像光学阵列，其特征在于，包括一体地排列的多个所述的成像光学元件。根据这样的构成，成像光学元件由透明介质一体成形为使具有第I透镜面的入射部和具有第2透镜面的出射部形成角度并由弯曲部连结。另外，在弯曲部设置反射面，经由第I透镜面入射透镜的光线由弯曲部的反射面反射，向第2透镜面导光。这样，入射光线在成像光学元件内折返的同时进入成像光学元件内。然后，入射光线在入射部、弯曲部及出射部之一形成中间像，并且该中间像由第2透镜面成像，形成物体的正像。从而，成像光学元件将入射部、出射部及包含反射面的弯曲部一体成形，因此，将这样的成像光学元件组装到成像光学阵列时，不必分别匹配入射部、出射部及弯曲部的相对位置，不需要成像光学元件的高精度的定位，因此可简单构成成像光学元件，并且，从入射部至出射部的光路内不存在空气，因此不会降低光的利用效率，由成像光学系统可容易且高效率地形成物体的正像。[适用例21]上述适用例的成像光学阵列，优选的是，上述第I透镜面及上述第2透镜面中至少一方在上述成像光学元件排列的排列方向和与上述排列方向正交的正交方向上具有不同的面形状。根据这样的构成，通过使排列方向及正交方向的曲率不同，可容易地实现MTF的改善，获得高精度的成像性能。[适用例22]上述适用例的图像读取装置，其特征在于，包括向物体照射光的光源部；所述的成像光学元件；读取由上述成像光学元件成像的正像的读取部。根据这样的构成，成像光学元件由透明介质一体成形为使具有第I透镜面的入射部和具有第2透镜面的出射部形成角度并由弯曲部连结。另外，在弯曲部设置反射面，经由第I透镜面入射透镜的光线由弯曲部的反射面反射，向第2透镜面导光。这样，入射光线在成像光学元件内折返的同时进入成像光学元件内。然后，入射光线在入射部、弯曲部及出射部之一形成中间像，并且该中间像由第2透镜面成像，形成物体的正像。从而，成像光学元件将入射部、出射部及包含反射面的弯曲部一体成形，因此，将这样的成像光学元件组装到图像读取装置等时，不必分别匹配入射部、出射部及弯曲部的相对位置，不需要成像光学元件的高精度的定位，因此可简单构成成像光学元件，并且，从入射部至出射部的光路内不存在空气，因此不会降低光的利用效率，由成像光学系统可容易且高效率地形成物体的正像。
图I是本发明的图像读取装置的第I实施例的CIS模块的部分截面立体图。图2是CIS模块的入射侧光圈部件、透镜阵列及出射侧光圈部件的立体图。图3是本发明的图像读取装置的第2实施例的CIS模块的部分截面立体图。图4是CIS模块的入射侧光圈部件、透镜阵列及出射侧光圈部件的立体图。
图5是透镜面和反射面的组合示图。图6是变形例I的一具体例的光线图。图7是变形例I的透镜数据的示图。图8是定义透镜面的面形状的公式的示图。图9是向变形例I中的透镜面的面形状赋予的数据的示图。图10是变形例I的其他具体例的光线图。图11是其他具体例的透镜数据的示图。图12是向其他具体例中的透镜面的面形状赋予的数据的示图。图13是本发明的图像读取装置的第3实施例的透镜阵列的立体图。图14是本发明的图像读取装置的第4实施例的透镜阵列的立体图。(符号的说明)I. . . CIS模块(图像读取装置)，3.…光源部，5...透镜阵列，7...传感器(读取部)，51···入射部，52...连结部，53...出射部，54...反射膜，55...左右部，541...第I反射膜，542...第2反射膜，0B...原稿，SI...入射侧透镜面(第I透镜面)，S2. . ·反射面， 全反射面，S21...第I反射面，S22...第2反射面，S3...出射侧透镜面(第2透镜面)， X. · ·排列方向，Y...正交方向，Z...上下方向。
具体实施例方式接着，说明本发明的实施例，但是本发明不限于下记实施例，也可以在符合前后要旨的范围适当变更实施，这些也是本发明的技术范围所包含的。图I是本发明的图像读取装置的第I实施例的CIS模块的部分截面立体图。另外， 图2是图I的CIS模块的入射侧光圈部件、透镜阵列及出射侧光圈部件的立体图。该CIS 模块I是将原稿玻璃GL上载置的原稿OB作为读取对象物，读取在原稿OB印刷的图像的装置，在原稿玻璃GL的正下方配置。CIS模块I具有在X方向的原稿OB读取范围延长的直方体状的框2，在该框2内配置了光源部3、入射侧光圈部件4、透镜阵列5、出射侧光圈部件
6、传感器7及印刷电路基板8。通过在该框2内配置隔离器21，框2的内部空间区分为配置光源部3的上方空间、 位于上方空间的下方的下方空间、与上方空间和下方空间相邻的垂直空间。其中，下方空间和垂直空间连通，成为在包含与X方向正交的Y方向和上下方向Z的截面(以下称为“副扫描截面”)中具有近似L字形状的连通空间。在该空间配置了入射侧光圈部件4、透镜阵列
5、出射侧光圈部件6及传感器7。光源部3采用在印刷电路基板8安装的图示省略的LED (Light Emitting Diode 发光二极管)作为光源，将从该LED出射的照明光导向光导31的一端。该光导31在隔离器21的顶面具有与读取范围大致相同的长度，沿X方向设置。来自LED的照明光入射光导 31的一端后，该照明光向光导31的另一端在光导31中传播。另外，光导31的X方向的各部中，这样传播的照明光的一部分从光导31的前端部32 (光出射面)向原稿玻璃GL出射， 照射原稿玻璃GL上的原稿0B。这样，X方向延伸的带状的照明光照射原稿0B，由原稿OB反射。在该照明光的照射位置的正下方，设置上述的垂直空间，在其上端部配置入射侧光圈部件4。该入射侧光圈部件4具有与读取范围大致相同长度，沿X方向设置。在该入射侧光圈部件4，多个贯通孔41沿着X方向配设为一列，分别起到针对在透镜阵列5设置的多个入射侧透镜面SI的入射侧光圈的功能。另外，图2中，仅仅图示了多个入射侧光圈41中的跟前侧的光圈全体，其他则仅仅图示了入射侧光圈41的上方开口。该点在之后说明的出射侧光圈61也同样。该透镜阵列5在副扫描截面(YZ平面)中具有近似L字形状。而且，该透镜阵列 5具有与读取范围大致相同长度，沿X方向设置，透镜阵列5全体可完全插入连通空间。更详细地说，如图2所示，透镜阵列5具有沿上下方向Z设置的入射部51、沿水平方向设置的出射部53以及将入射部51和出射部53以相互角度例如正交角度而连结的弯曲部(连结部)52，由对照明光具有光透射性的树脂、玻璃等的透明介质一体成形。在入射部51的顶面，以与图2所示入射侧光圈41--对应的方式，入射侧透镜面
SI沿着X方向以与光圈41相同的间距配设为一列。原稿OB反射的光线中的通过各入射侧光圈41的光线，入射于与其对应的入射侧透镜面SI，由入射侧透镜面SI收敛的同时从入射部51进入连结部52。在该连结部52的外周面形成反射膜54。通过该反射膜54的形成，反射面S2在连结部52以与读取范围大致相同长度在X方向上构成，将对入射侧透镜面SI入射的入射光线反射，向出射部53的出射侧透镜面S3导光。作为反射膜54，可以采用传统周知的例如金属蒸镀膜等。另外，本实施例中，如图I及图2所示，由入射侧透镜面SI、反射面S2及出射侧透镜面S3构成的成像光学系统的沿光轴的入射部51的长度显著比出射部53的长度短， 入射光线由反射膜54反射后，在出射部53内会聚，形成原稿OB的中间像。在该出射部53的连结部相反侧的端面，出射侧透镜面S3以与入射侧透镜面SI同数且同一间距在X方向配设为一列。另外，在出射部53的连结部相反侧(图I及图2中的右手侧)中，以被透镜阵列5和传感器7夹持的方式，出射侧光圈部件6配置在下方空间内， 即光导31的正下方的位置。该出射侧光圈部件6也与入射侧光圈部件4同样，具有与读取范围大致相同的长度，沿X方向设置，并且，多个贯通孔61在X方向配设为一列，分别起到针对出射侧透镜面S3的出射侧光圈的功能。因而，这些出射侧透镜面S3将分别对应的中间像在传感器7的传感器面71 (参照图6)上成像，形成原稿OB的正像。传感器7如图I所示，在搭载LED的印刷电路基板8安装，读取原稿OB的正像，输出与该正像关联的信号。以上，第I实施例中，由透明介质一体成形为使具有第I透镜面SI的入射部51和具有第2透镜面S3的出射部53形成角度并由连结部52连结。另外，在连结部52设置反射面S2，由该反射面S2反射经由第I透镜面SI入射的光线，向第2透镜面S3导光，在反射面S2和第2透镜面S3之间会聚后，形成物体的中间像。该中间像由第2透镜面S3成像， 在传感器面71上形成原稿OB的正像。从而，可抑制光损失，可成像为明亮的正像。另外，由入射侧透镜面SI、反射面S2及出射侧透镜面S3构成的成像光学系统的光轴中，构成为在比反射面S2更靠出射侧透镜面侧形成中间像。即，入射光线在比中间像的形成位置(图6的符号IMP)更靠入射侧透镜面侧，由反射面S2弯曲。结果，可以在从原稿 OB朝向第I透镜面SI的方向，即上下方向Z中，实现透镜阵列5的薄型化。另外，与采用屋脊棱镜的专利文献I所述的成像光学元件比，构造简单，而且不要求在该成像光学元件中必须的相对于棱线和/或反射部件的高精度的定位，就可以使正像成像。另外，蒸镀反射膜54，设置了反射面S2的连结部52将入射部51及出射部53 —体地形成，因此，可以高精度设定入射透镜面SI、反射面S2及出射侧透镜面S3的相对的位置关系。另外，部件数量少，组装性优。另外，本实施例中，沿成像光学系统的光轴的入射部51的长度显著比出射部53的长度短，因此，可以在上下方向Z使CIS模块I薄型化，结果，可以实现装备该CIS模块I的图像扫描仪、传真机、复印机等的模块搭载装置的小型化。这样构成的实施例中，传感器7与本发明的“读取部”相当。另外，入射侧透镜面 SI、反射面S2及出射侧透镜面S3分别与本发明的“第I透镜面”、“反射面”及“第2透镜面” 相当。这些中，透镜面SI、S3的面形状任意，但是，最好构成为具有在排列方向X和与其正交的正交方向Y上不同的面形状。这是因为，可以实现MTF的改善，提高成像性能。该点在接着说明的在曲面形成的反射面S2的场合也同样。另外，反射面S2在连结部52的外周面形成，因此，将连结部52的外周面加工为平面形状的场合，反射面S2成为平面。另一方面，将连结部52的外周面加工为曲面形状的场合，反射面S2成为曲面(凹面)，具有放大率(power)。反射面S2的形状没有特别限定，可以采用平面及曲面，根据反射面S2为平面或者曲面，也可以如图5所示设定入射侧透镜面 SI及出射侧透镜面S3。图3是本发明的图像读取装置的第2实施例的CIS模块的部分截面立体图。另外，图4是图3的CIS模块的入射侧光圈部件、透镜阵列5及出射侧光圈部件的立体图。该 CIS模块I是将原稿玻璃GL上载置的原稿OB作为读取对象物，读取在原稿OB印刷的图像的装置，在原稿玻璃GL的正下方配置。CIS模块I具有在X方向的原稿OB读取范围延长的直方体状的框2，在该框2内配置了光源部3、入射侧光圈部件4、透镜阵列5、出射侧光圈部件6、传感器7及印刷电路基板8A、8B。通过在该框2内配置隔离器21，框2的内部空间被区分为配置光源部3的上方空间、位于上方空间的下方的下方空间、与上方空间和下方空间相邻的垂直空间。这些中，下方空间从垂直空间侧(图3中的左手侧)朝向垂直空间相反侧(图3中的右手侧)，即随着向Y方向行进而向下方倾斜。另外，该下方空间与垂直空间连通，在包含与X方向正交的Y 方向和上下方向Z的截面(以下称为“副扫描截面”)中，形成具有近似倒 字形状(夹角为钝角的L字形状)的连通空间，配置有入射侧光圈部件4、透镜阵列5、出射侧光圈部件6、 传感器7及印刷电路基板8B。光源部3采用在印刷电路基板8安装的图示省略的LED作为光源，将从该LED出射的照明光导向光导31的一端。该光导31在隔离器21的顶面具有与读取范围大致相同的长度，沿X方向设置。来自LED的照明光入射光导31的一端后，该照明光朝向光导31的另一端在光导31中传播。另外，光导31的X方向的各部中，这样传播的照明光的一部分从光导31的前端部32向原稿玻璃GL出射，照射原稿玻璃GL上的原稿0B。这样，X方向延伸的带状的照明光照射原稿0B，由原稿OB反射。该照明光的照射位置的正下方，设置上述的垂直空间，在其上端部配置入射侧光圈部件4。该入射侧光圈部件4具有与读取范围大致相同长度，沿X方向设置。在该入射侧光圈部件4，多个贯通孔41沿着X方向配设为一列，分别起到针对在透镜阵列5设置的多个入射侧透镜面SI的入射侧光圈的功能。另外，图4中，仅仅图示了多个入射侧光圈41中的跟前侧的光圈全体，其他则仅仅图示了入射侧光圈41的上方开口。该点在之后说明的出射侧光圈61也同样。该透镜阵列5在副扫描截面(YZ平面)中具有近似倒“ ”字形状(夹角为钝角的L字形状)，并且，具有与读取范围大致相同长度，沿X方向设置，透镜阵列5全体可完全插入连通空间。更详细地说，如图4所示，透镜阵列5具有沿上下方向Z设置的入射部51、 沿水平方向设置的出射部53以及使出射部53相对于入射部51倾斜的同时连结的连结部 52，由对照明光具有光透射性的树脂、玻璃等的透明介质一体成形。更详细地说，如图4所示，入射部51沿上下方向Z设置，而出射部53随着从入射部51的下端部侧向Y方向行进而向下方倾斜。这样构成的理由是连结部52使入射光全反射，这将在后详述。在入射部51的顶面，以与图4所示入射侧光圈41--对应的方式，入射侧透镜面
SI沿着X方向以与光圈41相同的间距配设为一列。因而，原稿OB反射的光线中，通过各入射侧光圈41的光线入射于与其对应的入射侧透镜面SI，由入射侧透镜面SI收敛的同时从入射部51进入连结部52。该连结部52中，出射部53以相对于入射部51倾斜的方式连结，入射部51侧的光轴和出射侧透镜面S3侧的光轴形成的角度超过90°。而且，连结部52的外周面的各部设计为使经由入射部51向该部分导光的光线的入射角Θ成为临界角以上，结果，入射光线的全部在连结部52的外周面全反射。因而，对入射侧透镜面SI入射的入射光线不从连结部 52逸出，可抑制连结部52的反射导致的光量减少，同时可向出射部53的出射侧透镜面S3 导光。这样，连结部52的外周面成为全反射面S2。这里，若仅仅由连结部52将入射光线反射，向出射部53的出射侧透镜面S3导光， 则也可以在连结部52的外周面设置反射膜。但是，该场合，由于入射光线一度从连结部52 的外周面出射后由反射膜的表面反射，因此，无法避免光损失，而与此相对，通过全反射可抑制光损失。另外，反射膜变得不必要，可实现透镜阵列5的低成本化等。另外，本实施例中，如图3及图4所示，由入射侧透镜面SI、全反射面S2及出射侧透镜面S3构成的成像光学系统的沿光轴的入射部51的长度显著比出射部53的长度短，入射光线由连结部52的外周面全反射后，在出射部53内会聚，形成原稿OB的中间像。在该出射部53的连结部相反侧(图3及图4的右手侧)的端面，出射侧透镜面S3 以与入射侧透镜面Si同数且同一间距在X方向配设为一列。另外，在出射部53的连结部相反侧，出射侧光圈部件6以被透镜阵列5和传感器 7夹持的方式，配置在下方空间内，即光导31的正下方的位置。该出射侧光圈部件6也与入射侧光圈部件4同样，具有与读取范围大致相同的长度，沿X方向设置，并且，多个贯通孔 61在X方向配设为一列，分别起到针对出射侧透镜面S3的出射侧光圈的功能。因而，这些出射侧透镜面S3将分别对应的中间像在传感器7的传感器面71 (参照图4)上成像，形成原稿OB的正像。传感器7如图3所示，在不同于搭载LED的印刷电路基板8A的其他印刷电路基板 8B安装，读取原稿OB的正像，输出与该正像关联的信号。以上，第2实施例中也与第I实施例同样，在连结入射部51和出射部53的连结部52设置全反射面S2，由该全反射面S2向第2透镜面S3导入入射光线，在全反射面S2和第 2透镜面S3之间会聚后，形成物体的中间像，而且，通过第2透镜面S3在传感器面71上成像，形成原稿OB的正像。从而，可抑制光损失，可成像为明亮的正像。另外，由连结部52的全反射面S2反射入射光线，因此与第I实施例比，可进一步抑制光损失，获得更明亮的正像。但是，上述第I实施例及第2实施例的透镜面SI、S3的面形状任意，但是，最好构成为具有在排列方向X和与其正交的正交方向Y上不同的面形状。这是因为，可以实现MTF 的改善，提高成像性能。该点在接着说明的在曲面形成的第I实施例的反射面S2及第2实施例的全反射面S2的场合也同样。另外，以下中，第I实施例的反射面S2及第2实施例的全反射面S2总称为“反射面S2”，为了区别两者时，分别称为“膜形成的反射面S2”及“全反射面S2”。另外，反射面S2在连结部52的外周面形成，因此，将连结部52的外周面加工为平面形状时反射面S2成为平面，另一方面，加工为曲面形状时反射面S2成为曲面(凹面)，具有放大率。反射面S2的形状没有特别限定，可以采用平面及曲面，根据反射面S2为平面或者曲面，也可以如图5所示设定入射侧透镜面SI及出射侧透镜面S3。图5是透镜面和反射面的组合示图。如该图中的变形例I所示，反射面S2为平面的场合，入射侧透镜面SI及出射侧透镜面S3都可设为非球面，若形成大致同一形状(但是，两透镜面为对称配置)，则可获得正的等倍像。另外，反射面S2为平面，因此，可消除反射面S2导致的分辨率的降低。另外，如图中的变形例2所示，入射侧透镜面SI及出射侧透镜面S3也可以都设为自由曲面。该“自由曲面”是指具有无法用单纯计算式定义的形状的曲面。该场合，反射面 S2为平面，因此可以与变形例I同样消除反射面S2导致的分辨率的降低，而且通过将透镜面SI、S3设为自由曲面，与变形例I相比，可以在抑制像差等的同时形成正的等倍像。另外，如该图中的变形例3到变形例5所示，反射面S2也可以由凹面构成，该场合，反射面S2具有放大率，透镜阵列5可小型化。另外，有利于获得明亮的正像。但是，通过将反射面S2设为曲面，可能导致分辨率的降低。因而，变形例3中，通过将透镜面S1、S3 设为自由曲面,可实现分辨率的改善。另外，变形例4中，通过将透镜面SI、S3设为非球面的同时将反射面S2设为自由曲面，可改善分辨率的降低。另外，通过设为自由曲面可抑制反射面S2的色像差的发生，因此，设计自由度高，与变形例3比，可抑制分辨率的降低及色像差。而且,变形例5中，透镜面S1、S3及反射面S2全部设为自由曲面，因此在图5所示实施例中，可使设计自由度最高，分辨率最好。另外，本发明不限于上述实施例，在不脱离其要旨的范围内，可以对上述进行各种变更。例如，上述第I实施例中，将包含多个透镜面SI的入射部51、连结部52及包含多个透镜面S3的出射部53 —体地成型后，通过在连结部52的外周面设置一个反射膜54而制造透镜阵列5，但是，透镜阵列5的制造方法不限于此，例如也可以如下构成。即，在包含一个透镜面SI的入射部51、连结部52及包含一个透镜面S3的出射部53 —体成型后，也可以通过在多个连结部52的外周面一体地设置一个反射膜54而构成“膜形成的反射面S2”，来构成透镜阵列5。
另外，上述第I实施例中，将多个具备由透明介质将包含一个透镜面SI的入射部、 连结部52及包含一个透镜面S3的出射部53 —体化而成的透镜和在连结部52的外周面设置的反射膜54的成像光学元件在X方向一体化，但是，也可以将多个这样的成像光学元件在X方向排列，构成透镜阵列5。而且，上述第2实施例中，将多个由透明介质将包含一个透镜面SI的入射部、包含全反射面S2的连结部52及包含一个透镜面S3的出射部53 —体化而成的成像光学元件在 X方向一体化，但是也可以将多个成像光学兀件在X方向排列，构成透镜阵列5。图6 图9是图5中的变形例I的一具体例的示图。图6是图5中的变形例I的一具体例的光线图。另外，图7是图6所示具体例的透镜数据的示图。另外，图8是定义透镜面的面形状的公式的示图。而且，图9是向图6所示具体例中的图8的透镜面的面形状赋予的数据的示图。从这些附图可知，面SI是透镜阵列5的入射侧透镜面，加工为非球面形状。另外， 面S2是平面形状的反射面。而且，面S3是透镜阵列5的出射侧透镜面，具有与面SI对称的形状。这样构成的实施例I中，如图6所示，由原稿OB反射的光线中通过各入射侧光圈 41 (图2)对入射侧透镜面SI入射的光线由透镜面SI会聚在反射面S2和透镜面S31之间， 即出射部53内的位置MP，形成作为中间像的原稿OB的倒立像。从中间像出射的光线由透镜面S3在传感器面71会聚，中间像的倒立像即原稿OB的正像以大致等倍形成。根据这样变形例I的透镜阵列5，构成简单，而且不需要高精度定位就可使原稿OB的正像成像。图10 图12是图5中的变形例I的其他具体例的示图。图10是图5中的变形例I的其他具体例的光线图。另外，图11是图10所示具体例的透镜数据的示图。而且，图 12是向图10所示具体例中的图8的透镜面的面形状赋予的数据的示图。从这些附图可知，面SI是透镜阵列5的入射侧透镜面，加工为非球面形状。另外， 面S2是平面形状的全反射面，如图10的虚线部分所示，构成为使入射全反射面S2的光线的入射角中的最小入射角Qmin比临界角Θ大。而且，面S3是透镜阵列5的出射侧透镜面，具有与面SI对称的形状。这样构成的实施例I中，如图10所示，由原稿OB反射的光线中通过各入射侧光圈 41 (图4)对入射侧透镜面SI入射的光线由透镜面SI会聚在全反射面S2和传感器面71之间，即出射部53内的位置MP，形成作为中间像的原稿OB的倒立像。从中间像出射的光线由透镜面S3在传感器面71会聚，中间像的倒立像即原稿OB的正像以大致等倍形成。根据这样变形例I的透镜阵列5，构成简单，而且不需要高精度定位就可使原稿OB的正像成像。另外，上述实施例中，由在透镜阵列5的连结部52形成的反射面S2或者反射膜54 反射I次光，但是不限于此。即，连结部52中，也可以假定光2次反射的形态。图13表示第3实施例的透镜阵列，图14表示第4实施例的透镜阵列。第3实施例中，连结部52将入射部51和出射部53以直行的方式连结，第4实施例中，连结部52将入射部51和出射部53 以倾斜的方式连结。首先，说明图13。第3实施例中的连结部52由Z方向延伸的入射部51、从入射部 51的下端直角弯曲后向右侧延伸的左右部55、从左右部55的右端直角弯曲后向下侧延伸的出射部53构成。即，连结部52具有从入射部51到左右部55由第I曲部CVl直角弯曲，并且从左右部55到出射部53由第2曲部CV2直角弯曲的形状。在入射部51的顶面，与入射侧光圈部件4的多个贯通孔41 一一对应，多个入射侧透镜面SI在X方向以规定间距形成一列。另外，在连结部52的出射部53的底面，与多个入射侧透镜面SI 一一对应，多个出射侧透镜面S3在X方向以规定间距形成一列。从而，对入射侧透镜面SI入射的照明光通过连结部52导至出射侧透镜面S3。另外，在连结部52形成第I反射膜541及第2反射膜542，以将来自入射侧透镜面 SI的入射光导向出射侧透镜面S2。第I反射膜541是在从连结部52的入射部51向左右部55弯曲的第I曲部CVl的外周面蒸镀的金属膜，将从入射侧透镜面SI入射的照明光向第2曲部CV2反射。另外，第2反射膜542是在从连结部52的左右部55向出射部53弯曲的第2曲部CV2的外周面蒸镀的金属膜，将第I反射膜541反射的照明光向出射侧透镜面 S2反射。其结果，对入射侧透镜面SI入射的光分别由第I反射膜541及第2反射膜542反射，导向出射侧透镜面S2。多个入射侧透镜面SI、连结部52及多个出射侧透镜面S2由对照明光具有光透射性的树脂、玻璃等的透明介质一体地形成。从而，对入射侧透镜面Si入射的照明光从入射侧透镜面SI经由第I反射膜541及第2反射膜542达到出射侧透镜面S2为止，在透明介质的内部行进。其结果，透射透镜阵列5的照明光从出射侧透镜面S2射出后，以正的等倍的倍率成像。另外，透镜阵列5的形成可以是将各部(例如，入射侧透镜面SI、连结部52、出射侧透镜面S2)独立形成后粘接而一体化，也可以不将各部独立形成，而使透镜阵列5全体一体地形成。另外，在出射部53的连结部相反侧，出射侧光圈部件6以被透镜阵列5和传感器 7夹持的方式，配置在下方空间内，即光导31的正下方的位置。该出射侧光圈部件6也与入射侧光圈部件4同样，具有与读取范围大致相同的长度，沿X方向设置，并且，多个贯通孔 61在X方向配设为一列，分别起到针对出射侧透镜面S3的出射侧光圈的功能。因而，这些出射侧透镜面S3将分别对应的中间像在传感器7的传感器面71上成像，形成原稿OB的正像。接着，说明图14。第4实施例中，透镜阵列5的左右部55设置为从入射部51朝向出射部53，向下方稍微倾斜。S卩，透镜阵列5的左右部55为了将来自入射侧透镜面SI的入射光导向出射侧透镜面S2，具有第I反射面S21及第2反射面S22。第I反射面S21在从入射部51向左右部 55弯曲的部分的外周壁形成。S卩，该外周壁的内侧界面起到将来自入射侧透镜面SI的照明光全反射的第I反射面S21的功能。另一方面，第2反射面S22在从左右部55向出射部53弯曲的部分的外周壁形成。即，该外周壁的内侧界面起到将第I反射面S21全反射的照明光向出射侧透镜面 S2进一步全反射的第2反射面S22的功能。然后，由第2反射面S22全反射的照明光从出射侧透镜面S2出射。多个入射侧透镜面SI、左右部55及多个出射侧透镜面S2由对照明光具有光透射性的树脂、玻璃等的透明介质一体地形成。从而，对入射侧透镜面Si入射的照明光从入射侧透镜面SI经由第I反射面S21及第2反射面S22到出射侧透镜面S2为止，在透明介质的内部行进。这样，透射透镜阵列5的照明光从出射侧透镜面S2出射后，以正的等倍的倍率成像。上述第3实施例及第4实施例中，也可以实现与第I实施例及第2实施例同样的效果。
权利要求
1.一种成像光学元件，其特征在于，具有入射从物体出射的光线的第I透镜面的入射部、具有出射光线的第2透镜面的出射部以及将上述入射部和上述出射部带有角度地连结的弯曲部由透明介质一体成形，上述弯曲部具有将入射上述第I透镜面的入射光线反射并向上述第2透镜面导光的反射面，在上述入射部、上述弯曲部及上述出射部之一形成上述物体的中间像，并且使上述中间像成像，在上述第2透镜面的出射侧形成上述物体的正像。
2.权利要求I所述的成像光学元件，其特征在于，在上述弯曲部的外周面配置反射膜，形成上述反射面。
3.权利要求2所述的成像光学元件，其特征在于，上述弯曲部的外周面具有平面形状，并且上述第I透镜面和上述第2透镜面具有相互对称的面形状，以等倍使上述物体的正像成像。
4.权利要求2所述的成像光学元件，其特征在于，上述弯曲部的外周面具有曲面形状。
5.—种成像光学阵列,其特征在于，包括一体地排列的多个权利要求2所述的成像光学元件。
6.权利要求5所述的成像光学阵列，其特征在于，上述多个透镜一体成形，形成透镜阵列，上述多个反射膜在上述多个弯曲部的外周面一体地设置。
7.权利要求5或6所述的成像光学阵列，其特征在于，上述第I透镜面及上述第2透镜面中至少一方在上述成像光学元件排列的排列方向和与上述排列方向正交的正交方向上具有不同的面形状。
8.一种图像读取装置，其特征在于，包括向物体照射光的光源部；权利要求2所述的成像光学元件；以及读取由上述成像光学元件成像的正像的读取部。
9.权利要求I所述的成像光学元件，其特征在于，上述反射面是使光全反射的全反射面。
10.权利要求9所述的成像光学元件，其特征在于，上述全反射面具有平面形状，并且上述第I透镜面和上述第2透镜面具有相互对称的面形状，以等倍使上述物体的正像成像。
11.权利要求9所述的成像光学元件上述全反射面具有曲面形状。
12.—种成像光学阵列,其特征在于，包括一体地排列的多个权利要求9所述的成像光学元件。
13.权利要求12所述的成像光学阵列，其特征在于，上述第I透镜面及上述第2透镜面中至少一方在上述成像光学元件排列的排列方向和与上述排列方向正交的正交方向上具有不同的面形状。
14.一种图像读取装置，其特征在于，包括向物体照射光的光源部；权利要求9所述的成像光学元件；以及读取由上述成像光学元件成像的正像的读取部。
15.权利要求I所述的成像光学元件，其特征在于，上述物体的中间像的形成位置在上述反射面和上述第2透镜面之间。
16.权利要求15所述的成像光学元件，其特征在于，在上述弯曲部的外周面配置反射膜，形成上述反射面。
17.权利要求15所述的成像光学元件，其特征在于，使上述入射光线全反射的全反射面作为上述反射面，在上述弯曲部形成。
18.权利要求15所述的成像光学元件，其特征在于，上述反射面具有平面形状，并且上述第I透镜面和上述第2透镜面具有相互对称的面形状，以等倍使上述物体的正像成像。
19.权利要求15所述的成像光学元件，其特征在于，上述反射面具有曲面形状。
20.—种成像光学阵列,其特征在于，包括一体地排列的多个权利要求15所述的成像光学元件。
21.权利要求20所述的成像光学阵列，其特征在于，上述第I透镜面及上述第2透镜面中至少一方在上述成像光学元件排列的排列方向和与上述排列方向正交的正交方向上具有不同的面形状。
22.—种图像读取装置，其特征在于，包括向物体照射光的光源部；权利要求15所述的成像光学元件；以及读取由上述成像光学元件成像的正像的读取部。
全文摘要
公开一种成像光学元件、成像光学阵列及图像读取装置。构成简单且无需高精度定位就可使物体的明亮正像成像。具有入射从原稿(物体)OB出射的光线的第1透镜面S1的入射部、具有出射光线的第2透镜面S3的出射部以及将入射部和出射部带有角度地连结的弯曲部由透明介质一体成形。另外，弯曲部具有将入射第1透镜面S1的入射光线反射后向第2透镜面S3导光的反射面S2。入射光线由入射部、弯曲部及出射部之一会聚，形成物体的中间像，并且在第2透镜面S3的出射侧使中间像成像，形成物体的正像。
文档编号G02B1/10GK102608680SQ20121001907
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月20日 优先权日2011年1月21日
发明者武田高司 申请人:精工爱普生株式会社