CN101228779A - 图像读取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像读取装置，其配置多个光源来增大照明照度，并且易于调整照度水平。本发明的图像读取装置中，通过具有线状排列的多个光源(4)和使来自光源(4)的光透射过的导光体(5)的照明光学系统来对通过设定在导光体(5)的出射面附近的原稿读取位置(12)的原稿(1)进行照明，通过由棒透镜阵列(6)和搭载有线传感器IC(7)的传感器基板(8)构成的图像读取光学系统来读取透射过上述原稿(1)的光。在导光体(5)的出射面上具有柱透镜阵列(13)，在该柱透镜阵列(13)中，具有沿着上述副扫描方向的脊线，并且上述脊线沿着上述主扫描方向排列有多个，即使在没有原稿(1)的情况下，也能够在照度变动较少的状态下观测主扫描方向的照度分布。

Description

图像读取装置
技术领域
本发明涉及图像读取装置，特别涉及其照明光学系统。
背景技术
当前，图像读取装置等中使用的照明装置中，作为导光体使用出射面为凸状曲面的透明棒，在与上述曲面对置的平面上设置光扩散区域，进而在透明棒的两端侧设置LED元件，由此实现了线状照明装置(例如，参照专利文献1)。来自这种结构的照明装置的出射光能够以均匀的照度来对预定区域内进行照明。
专利文献1：日本特开2002-232648号公报
然而，在上述专利文献1中记载的现有的照明装置中，由于在透明棒的两端侧设置有LED元件，因此可设置的LED元件的数量受到限制，从而存在着难以提高照度的问题。
发明内容
本发明是为了解决这种问题而完成的，其目的在于提供一种图像读取装置，其配置多个光源来增大照明照度，并且易于调整照度水平。
本发明的图像读取装置具有：照明光学系统，其具有沿着原稿的主扫描方向线状排列的多个光源和使来自上述多个光源的光透射过的导光体；原稿移送控制系统，其使上述原稿沿着与上述主扫描方向正交的副扫描方向移动，并且使上述原稿通过设定在来自上述多个光源的光出射的上述导光体的出射面附近的原稿读取位置；以及图像读取光学系统，其由沿着上述主扫描方向排列的多个成像光学系统和感光元件构成，读取透射过位于上述原稿读取位置的原稿的光，其中，在来自上述多个光源的光出射的上述导光体的出射面上形成有柱透镜阵列，在该柱透镜阵列中，具有沿着上述副扫描方向的脊线，并且上述脊线沿着上述主扫描方向排列有多个。
对于本发明的图像读取装置，可得到能够增大原稿面的照度，并且即使在没有原稿的情况下，也能够在照度变动较少的状态下观测主扫描方向的照度分布，易于调整照度水平的图像读取装置。
附图说明
图1是本发明实施方式1的图像读取装置的立体图。
图2是本发明实施方式1的图像读取装置的副扫描方向的剖面结构图。
图3是本发明实施方式1的图像读取装置的主扫描方向的一部分的剖面结构图。
图4是表示导光体的出射面为平面时的主扫描方向的照度分布的图。
图5是本发明实施方式1的图像读取装置的主扫描方向的一部分的剖面结构图。
图6是说明本发明实施方式1的柱透镜阵列的作用的图。
图7是表示本发明实施方式1的图像读取装置的主扫描方向的照度分布的图。
图8是表示使本发明实施方式1的导光体的高度H变化时的照度分布的计算结果的图。
图9是本发明实施方式2的导光体的主扫描方向的一部分的剖面结构图。
图10是表示本发明实施方式2的柱透镜阵列的尺寸与照度分布的偏差的关系的图。
图11是表示本发明实施方式2的柱透镜阵列的尺寸与照度分布的偏差的关系的图。
图12是本发明实施方式3的图像读取装置的立体图。
图13是本发明实施方式3的图像读取装置的副扫描方向的剖面结构图。
图14是表示导光体的副扫描方向的剖面形状为长方形时的原稿面中的照度分布的计算结果的图。
图15是表示本发明实施方式3的导光体的原稿面中的照度分布的计算结果的图。
图16是本发明实施方式3的导光体的副扫描方向的剖面结构图。
图17是使本发明实施方式3的导光体的θ变化时的照度分布的计算结果的图。
(标号说明)
1：原稿
2：第1盖玻璃
3：第2盖玻璃
4：光源
5：导光体
6：棒透镜阵列
7：线传感器IC
8：传感器基板
9：滚轴
10：LED基板
11：光线
12：读取位置
13：柱透镜阵列
具体实施方式
实施方式1
图1～图3是表示本发明实施方式1的图像读取装置的图，图1是立体图，图2是副扫描方向的剖面(YZ面)结构图，图3是表示与副扫描方向正交的主扫描方向一部分的剖面(XZ面)结构图。图中，X方向是主扫描方向，Y方向是副扫描方向，Z方向是光轴方向。
本实施方式的图像读取装置由照明光学系统、保持原稿1以使原稿1沿着副扫描方向移动的同时使原稿1始终通过原稿读取位置12的原稿移送控制系统、和读取光学系统构成。
原稿移送控制系统例如由夹持原稿1的盖玻璃2、3和滚轴9组成。通过对滚轴9等进行驱动，使原稿1在由第1盖玻璃2和第2盖玻璃3夹持的空间中向箭头A表示的原稿输送方向(副扫描方向)移动。
照明光学系统由沿着主扫描方向线状排列多个LED等构成的多个光源4、搭载这些多个光源4的基板10、和以上述主扫描方向为长轴方向且以副扫描方向为短轴方向的导光体5构成，来自光源4的光线11透过导光体5内以后，经由第2盖玻璃3对原稿1面进行照明。
读取光学系统由沿着主扫描方向排列的多个成像光学系统(棒透镜阵列)6、和搭载沿着主扫描方向排列的多个感光元件(线传感器)IC 7的传感器基板8构成，沿着主扫描方向设定有线传感器IC 7的读取位置(图像读取线)12。利用棒透镜阵列6，对透射过原稿1的光中的位于读取位置12上的光(读取光)1对1地正像转印到线传感器IC 7，通过该线传感器IC 7将其变换成电信号。
沿着上述主扫描方向，在与原稿1的宽度(主扫描方向的宽度)相等或者其以上长度的区域，配置上述照明光学系统以及上述读取光学系统。另外，以预定的间隔配置LED 4，以使原稿面中的主扫描方向中的照度均匀。
在原稿1例如通过滚轴9等移动时，读取光学系统依次读取位于读取位置12上的原稿1的图像(信息)，最终把整个原稿面的信息变换成电信号。
上述读取位置12设定在来自光源的光出射的导光体的出射面附近，通过使用第1盖玻璃2和第2盖玻璃3来夹持原稿1，从而控制成原稿1通过上述读取位置12。
通过这样的结构，能够以LED 4的安装最小间距，排列并配置多个LED 4，能够提高照明照度。
图4(a)是表示上述那样结构的图像读取装置中的原稿面上的主扫描方向的照度分布的图。主扫描方向的照度变动小于等于10％，得到良好的照度分布。
然而，在实施照度水平的调整等时，存在对没有原稿状态下的照度进行检测的情况。这时，在检测出的照度变动得较大时，无法正确地调整照度水平。图4(b)是通过计算来求出在没有原稿时由读取光学系统观测的主扫描方向的照度的图。这时的照度变动为60％左右，存在难以利用为照度水平调整的基准照度的问题。
上述照度变动的原因基于以下的理由。即，在有原稿时，由于由原稿1对来自光源4的光进行散射，因此通过原稿读取位置12的光线在整个主扫描方向上具有均匀的角度分布，但在没有原稿时，通过原稿读取位置12的光线在光源4的正上方和在光源4之间的正上方具有不同的角度分布。由于读取光学系统的棒透镜阵列6具有有限的孔径角，因此当通过原稿读取位置的光线在主扫描方向具有不同的角度分布时，能够透射过上述棒透镜阵列6的光线量根据主扫描方向的位置而不同。其结果，在主扫描方向上检测出的照度变动较大。
作为解决上述问题的方法，在本实施方式中，如图5所示，在导光体5的出射面上，形成具有与副扫描方向平行的多个脊线的柱透镜阵列13。由此，柱透镜阵列13对从多个光源(LED)4出射的光束进行作用，在主扫描方向中控制通过原稿读取位置的光束的指向性分布，从而在整个出射面上均匀地生成读取光学系统的视场角内的角度的光线，即使在没有原稿的情况下，主扫描方向的照度也变得均匀。
以下，根据图6，说明本实施方式的图像读取装置中的上述柱透镜阵列13的作用。图6(a)表示导光体5的出射面为平面的情况(现有的结构)，图6(b)表示在导光体5的出射面上形成有柱透镜阵列13的情况下(本发明)的来自光源4的光束。在此，着眼于构成读取光学系统的棒透镜阵列6中的位于光源4a的正上方的1个棒透镜阵列6A来进行说明。
考虑将棒透镜阵列6A的视场角设为±α，且在读取位置12上没有原稿的情况。根据棒透镜阵列6A与LED 4的位置关系，在从LED4放射的光线处于棒透镜阵列6A的视场角内时，上述光线被导向传感器7，但在上述光线为棒透镜阵列6A的视场角的范围外时，无法导向传感器7。
例如，如图6(a)所示，在导光体5的出射面为平面的情况下，从位于棒透镜阵列6A正下方附近的LED 4a放出的光线的一部分导向传感器7，但从与LED 4a邻接的LED 5b放出的光线无法导向传感器面。对于位于光源4之间的正上方的棒透镜阵列，视场角内的光线数少于位于光源4的正上方的棒透镜阵列的视场角内的光线数。因此，在传感器面上产生依赖于LED 4的配置间距的强度分布，其结果，在没有原稿的情况下观测的照度中产生分布。
另一方面，如图6(b)所示，在导光体5的出射面上形成有柱透镜阵列13的情况下，由柱透镜阵列13对从LED 4a放出的光线进行扩散，与图6(a)的情况相比，被导向传感器7的光线减少，另一方面，由柱透镜阵列13也对从LED 4b放出的光线进行扩散，其一部分被导向传感器7。对于位于光源4之间的正上方的棒透镜阵列，视场角内的光线数也可以成为与位于光源4的正上方的棒透镜阵列的视场角内的光线数相同程度。其结果，能够对传感器上的光线分布进行平滑化，即使在没有原稿的情况下也能够观测到均匀的照度分布。
图7表示在导光体5的出射面上形成有上述柱透镜阵列13时的照度分布。图7(a)表示有原稿时的原稿面上的照度分布，图7(b)表示没有原稿时的由读取光学系统观测的照度分布。
与导光体5的出射面为平面时相同，对于有原稿时的照度分布，在主扫描方向上得到良好的照度分布、即照度变动小于等于10％。另外，对于在没有原稿时检测出的主扫描照度分布，也得到良好的照度分布、即照度变动小于等于5％。
这样，通过在导光体5的出射面上形成柱透镜阵列13，从而即使在没有原稿1的情况下，也能够在照度变动较少的状态下观测主扫描方向的照度分布，其中，在柱透镜阵列13中，具有沿着副扫描方向的脊线，并且上述脊线沿着主扫描方向排列有多个。
这里，为了在没有原稿的情况下对通过原稿读取位置的光线的角度分布进行平均化，优选为使构成柱透镜阵列13的各柱透镜在与其圆柱轴方向平行的侧面上相互密接地形成，柱透镜阵列13形成所谓的多透镜(lenticular lens)。
对于多透镜，可通过注射成型在导光体5的出射面上直接成型，或者，也可以密接配置或粘贴通过印刷形成的多透镜膜。
另外，在上述实施方式中，示出了凸面的柱透镜阵列，但即使是凹面的柱透镜阵列也起到同样的效果。
另外，在上述实施方式中，如图7(a)所示，示出了有原稿时的主扫描方向的照度变动小于等于10％的情况，但在有原稿时，为了在原稿面上得到良好的照度分布，在把排列光源(LED)4的排列方向(主扫描方向)的间隔设为L并把导光体5的光轴方向的高度设为H时，把H/L设定为预定的值即可。
以下，详细示出H与L的关系。图8是表示将L设为恒定值并使H变化时的照度分布的图，示出通过光线追踪计算来求出的原稿面中的主扫描方向的照度分布。图8(a)是L＝10mm、H＝5mm的照度分布，图8(b)是L＝10mm、H＝10mm的照度分布，图8(c)是L＝10mm、H＝15mm的照度分布。可知，在导光体5的高度H变高时，主扫描方向的照度分布变均匀。图8(a)的H/L＝1/2时的照度分布的偏差(MAX-MIN)/(MAX+MIN)大约是20％，图8(b)的H/L＝1时的照度分布的偏差是10％，图8(c)的H/L＝1.5时的照度分布的偏差小于等于10％。优选为有原稿时的主扫描方向的照度分布小于等于20％，优选为抑制成小于等于10％的偏差。因此，通过把导光体的高度H取为H/L≥1/2、优选取为H/L≥1，从而在有原稿时，能够在原稿面上得到良好的照度分布，并能够进行高精度的读取。另外，在使L变化的情况下，关于导光体5的高度H与主扫描方向的照度分布的关系，也可以得到同样的计算结果。
根据以上的结果，通过在导光体5的出射面上形成柱透镜阵列13，并且把导光体的高度H取为H/L≥1/2、优选取为H/L≥1，从而无论是否有原稿，主扫描方向中的照度分布都变为均匀。
实施方式2
图9是表示本发明实施方式2的导光体的主扫描方向的一部分的剖面(XZ面)结构图，是表示在导光体5的出射面上形成的柱透镜阵列13的详细状况的图。
在导光体5的出射面上形成有柱透镜阵列13，将各柱透镜的曲率设为R，将柱透镜的间隔(间距)设为P，将光轴方向的柱透镜的厚度设为D。
图10中示出计算出柱透镜的间隔(间距)P对于柱透镜的曲率R的比P/R与没有原稿时检测出的主扫描方向的照度分布的偏差的关系的结果。这里，柱透镜的厚度D及曲率半径R选定成，柱透镜在与其圆柱轴方向平行的侧面上相互密接。
根据图10，在照度偏差小于等于10％的区域，P/R为1.6～2.3左右的范围，在照度偏差小于等于20％的区域，P/R为1.3～2.85的范围。其中，图10是P≤0.75mm时的结果。
在柱透镜的间隔(间距)P大于0.75mm时，照度偏差大于图10所示的值。图11中示出计算出没有原稿时检测出的主扫描方向的照度分布的偏差与P的关系的结果。图11中，例如，P＝1.9mm时照度偏差为13％，与P≤0.75mm时的照度偏差3％之差10％被加到图10的曲线上。因此，在柱透镜的间隔P小于等于1.9mm时，如果将P/R设定在1.6～2.3的范围内，则能够使合计的照度偏差小于等于20％。
另外，图10和图11是取为H/L≥1时的结果。
根据以上结果，在柱透镜的间隔P小于等于0.75mm时，将P/R设定在1.3～2.85的范围、优选将P/R设定在1.6～2.3的范围，在柱透镜的间隔P大于0.75mm时，将P/R的范围设定在照度偏差更小的范围，从而能够把照度偏差抑制为小于等于预定值，即使在没有原稿的情况下，也能够在照度变动较少的状态下观测主扫描方向的照度分布。
实施方式3
图12是本发明实施方式3的图像读取装置的立体图，图13是本发明实施方式3的图像读取装置的副扫描方向的剖面结构图。由于原稿1褶皱或弯曲，在第1盖玻璃2与第2盖玻璃3的间隔狭窄时，原稿1将无法通过第1盖玻璃2与第2盖玻璃3之间。从而，需要将第1盖玻璃2与第2盖玻璃3的间隔隔开1～2mm左右。为了正确地读取原稿1的浓淡，在具有这样间隔的第1盖玻璃2与第2盖玻璃3之间，需要沿光轴方向(深度方向)进行均匀照度的照明。
另外，关于照明光学系统的光轴和读取光学系统的光轴的轴对准，依赖于装置组装的精度，在允许某种程度的轴偏差、例如±1 mm左右的偏差时，为了正确地读取原稿1的浓淡，必须沿着副扫描方向，在该范围(±1mm左右)内进行均匀照度的照明。
即，必须在原稿读取位置附近的预定的区域，使深度方向及副扫描方向上的照度均匀。
本实施方式中，如图12及图13所示，把导光体5的副扫描方向的剖面形状做成LED 4侧狭窄的梯形形状，根据这样的结构，能够以均匀强度来照射原稿读取位置附近的预定区域、即照明光学系统的出射面附近的预定区域。
另外，在本实施方式的导光体5的出射面上，形成与在实施方式1及实施方式2中叙述的柱透镜阵列相同的柱透镜阵列13。
图14是导光体5的副扫描方向的剖面形状为长方形时的原稿面中的照度分布的基于光线追踪的计算结果例，图15是导光体的副扫描方向的剖面形状是LED 4侧狭窄的梯形形状时的原稿面中的照度分布的基于光线追踪的计算结果例。
在图14及图15中，横轴表示副扫描方向中的距读取中心(与光轴大致一致)的距离，纵轴表示光强度(相对值)，d表示距第2盖玻璃3的上表面的距离。
图14中，关于照度分布，对于副扫描方向，读取中心的照度高，并且随着向两侧延伸照度降低。另外，关于中心照度，在d＝0mm、d＝1mm、d＝2mm时变化较大，如果以d＝1mm的照度为基准则将产生±40％左右的照度差。与此相对，在图15中，关于照度分布，在d＝0mm、d＝1mm、d＝2mm中的任意一个时，对于副扫描方向，在距中心±1mm以内的区域中得到大致均匀的光强度，照度也以d＝1mm的照度为基准收敛于±10％以内的照度差。
这样，在导光体5的副扫描方向的剖面形状是LED 4侧狭窄的梯形形状时，能够在必要的范围内对深度方向、副扫描方向中的照度进行均匀化。
图16是本发明实施方式3的导光体的短轴方向(副扫描方向)的剖面结构图。在导光体5的出射面上形成有柱透镜阵列13。另外，把与来自光源的光入射的导光体5的入射面垂直的面、和沿着长轴方向(主扫描方向)的导光体侧面的角度(在图16中，斜边相对于与底边垂直的线的角度)设为θ。
以下，对θ的最佳值进行详细说明。图17(a)、(b)、(c)分别表示θ为3度、5度、7度时的副扫描方向的照度分布。在3度时，d＝0mm、d＝1mm、d＝2mm时的副扫描方向中心位置中的照度分布大致一致，但d＝2mm时副扫描方向的均匀区域变窄。另一方面，在7度时，d＝0mm、d＝1mm、d＝2mm时副扫描方向的均匀区域都扩展到±3mm左右，但深度方向的照度变化±10％左右。因此，优选θ为以5度为中心的区域。在把深度方向的照度偏差的允许范围设为±20％以内，并把副扫描方向中的照度偏差的允许范围在距中心±1mm以内设为20％以内时，θ为3度～10度的范围即可。另外，在把深度方向的照度偏差的允许范围设为±10％以内，并把副扫描方向中的照度偏差的允许范围在距中心±1mm以内设为10％以内时，θ为3度～7度的范围即可。
另外，图17是表示第2盖玻璃3的厚度为2mm、d＝0～2mm时的计算结果的图，在把原稿读取位置和导光体的出射面的距离作为光学长度至少设为大于等于1.4mm小于等于3.4mm的区域，并将θ设为3度～10度、优选为3度～7度时，得到读取精度高的装置。另外，由于在导光体5的出射面上形成有柱透镜阵列13，因此即使在没有原稿的情况下，也能够在照度变动较少的状态下观测主扫描方向的照度分布。
即使在原稿读取位置和导光体的出射面的距离与图17的例子不同的情况下，如果把上述θ设定为预定的角度，则可在深度方向以及副扫描方向上对原稿读取位置附近处的照度进行均匀化，即使原稿位置在原稿读取位置的区域内变动，也可进行同样亮度的照明，可正确地检测出原稿的浓淡。
另外，在上述各实施方式中，针对作为光源的LED仅说明了单颜色，但也可以交替配置多颜色的LED以读取彩色原稿等。在该情况下，对于每一种颜色考虑LED的间隔L。
另外，在上述各实施方式中，示出了将棒透镜阵列作为读取光学系统来使用的结构，但即使是将多个透镜、反射镜的组合作为读取光学系统的结构，也起到同样有效。

Claims (7)

1.一种图像读取装置，该图像读取装置具有：照明光学系统，其具有沿着原稿的主扫描方向线状排列的多个光源和使来自上述多个光源的光透射过的导光体；原稿移送控制系统，其使上述原稿沿着与上述主扫描方向正交的副扫描方向移动，并且使上述原稿通过设定在来自上述多个光源的光出射的上述导光体的出射面附近的原稿读取位置；以及图像读取光学系统，其由沿着上述主扫描方向排列的多个成像光学系统和感光元件构成，读取透射过位于上述原稿读取位置的原稿的光，其中，在来自上述多个光源的光出射的上述导光体的出射面上形成有柱透镜阵列，在该柱透镜阵列中，具有沿着上述副扫描方向的脊线，并且上述脊线沿着上述主扫描方向排列有多个。
2.根据权利要求1所述的图像读取装置，其特征在于，原稿读取位置设定在作为光学长度从导光体的出射面离开1.4mm～3.4mm的位置。
3.根据权利要求1所述的图像读取装置，其特征在于，柱透镜阵列是柱透镜在与其圆柱轴方向平行的侧面相互密接配置的结构。
4.根据权利要求3所述的图像读取装置，其特征在于，在柱透镜阵列中，柱透镜的间隔P相对于上述柱透镜的曲率半径R的P/R为1.3～2.85。
5.根据权利要求3所述的图像读取装置，其特征在于，在柱透镜阵列中，柱透镜的间隔P相对于上述柱透镜的曲率半径R的P/R为1.6～2.3。
6.根据权利要求1所述的图像读取装置，其特征在于，导光体的副扫描方向的剖面形状是光源侧狭窄的梯形形状。
7.根据权利要求6所述的图像读取装置，其特征在于，来自光源的光出射的导光体的出射面与原稿读取位置的距离作为光学长度为1.4mm～3.4mm，与来自上述光源的光入射的上述导光体的入射面垂直的面和沿着主扫描方向的导光体侧面的角度θ为3度～10度的范围。
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