JP2000013563A - 画像読取ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で消費電力の少ないハンディスキャナ等
の画像読取ユニットを提供する。 【解決手段】 原稿に接触させて回転する中空の透明ロ
ーラ６０の内部に、線状光源１０、リニアイメージセン
サ２０、屈折率分布型レンズアレイ４０等を収納し、透
明ローラ６０を原稿に接触する部分を除いて筐体７０で
覆う。これにより、従来のように、光源が透明ローラの
外に配されていないので、小型化できると共に、線状光
源１０から透明ローラ６０に入射する角度を垂直に近く
することができ、このため光の損失が小さくなり、線状
光源１０の消費電力を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハンディスキャ
ナ、ファクシミリ、複写機等の画像読取ユニットに関
し、特に、小型、軽量で携帯に適した画像読取ユニット
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の画像読取ユニットとして、例え
ば、図１１に特開平８−２５６２４３号公報に開示され
ている画像読取装置が示されている。この画像読取ユニ
ットは、読取ユニット１００に回転可能に取付けられた
中空構造の透明ローラ１１０と、その中空部に配置した
密着センサ１２０と、光源である蛍光灯１４０と、モー
タにより駆動される背景ローラ１３０と、中空透明ロー
ラ１１０のクリーニングブレード１５０とから構成され
ている。

【０００３】原稿Ｓに一定圧で接している中空透明ロー
ラ１１０は、図中の矢印方向に回転する。密着センサ１
２０は、中空透明ローラ１１０と一体に取付けられてい
るが回転はしない。画像読取位置Ｂにおいて、蛍光灯１
４０から発せられた光が透明ローラ１１０を透過した後
に原稿Ｓを照明し、その反射光が再び透明ローラ１１０
を透過し、密着センサ１２０により読み取られる。この
ように、読取ユニット１００内に中空透明ローラ１１０
及び密着センサ１２０を設けることにより、画像読取ユ
ニット本体の小型化を図ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノート
型パソコンや携帯情報端末に上記のような画像読取ユニ
ットを搭載して画像読取機能を付与するためには、ある
いは、このような画像読取ユニットを利用してハンディ
スキャナを構成するためには、画像読取ユニットの更な
る小型化と、その製造コストの低減化が望まれるが、従
来の構成においては、光源を読取ユニットの外部に配置
するために、装置全体の幅が大きくなるという問題があ
る。

【０００５】また、光源からの光が透明ローラに入射す
る角度が垂直から大きく傾いているため、ローラの表面
で反射される割合が高い。仮に、原稿読取位置Ｂにおけ
る光の入射角度が、透明ローラの材質の屈折率と空気の
屈折率から一義的に決まる臨界角度よりも大きくなる
と、光はローラの内面で全反射されて原稿を全く照明で
きなくなるという問題がある。

【０００６】このように、原稿の照明に寄与しない光が
あると、その分だけ光源出力を上げることになり、特に
携帯情報端末のように、消費電力を低く押さえる必要の
ある機器に搭載する画像読取ユニットとしては不利とな
る。更に、この構成を利用してハンディスキャナを構成
するためには、ローラの回転を検出するための機構が必
要であり、このため部品点数が多くなり、組み立てに手
間がかかり、製造コストが高くなるという問題がある。

【０００７】以上に説明したように、従来の画像入力装
置である画像読取ユニットでは、装置の外形が比較的大
きく、光源の消費電力も大きく、製造コストが高いとい
う問題点があった。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決するべく成さ
れたもので、装置の外形が小さく、光源の消費電力が低
く、製造コストが低い画像読取ユニットを提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、外周面の一部が原稿に接触
して回転するように構成された中空の透明ローラを備
え、透明ローラの内部に設けられた光源手段と、光源手
段からの光を透明ローラを介して原稿に導くために透明
ローラの内部に設けられた第１の光学手段と、複数の光
電変換素子を配列して成り、透明ローラの内部に設けら
れた光検出手段と、原稿からの反射光を透明ローラを介
して光検出手段に導くための透明ローラの内部に設けら
れた第２の光学手段とを有することを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、透明ローラの一端部に設けられ、光の反射
率が規則的に変化する濃淡パターンを備え、透明ローラ
の内部に設けられ、濃淡パターンの反射光を検出する光
電変換素子から成るパターン検出手段を有することを特
徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、光検出手段が、透明基板上に薄膜
半導体で形成したイメージセンサまたは結晶半導体基板
上に結晶半導体で形成したイメージセンサで構成され、
第２の光学手段が、複数の屈折率分布型光ファイバを１
次元に配列したレンズアレイであることを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、光源手段は、光検出手段と平行に
配置された支持基板上に複数の発光素子を配列して構成
され、第１の光学手段が、鏡、光の散乱体、空気層のい
ずれかであることを特徴とする。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、光源手段は、光検出手段と平行に
配置され、かつ光が全反射を繰り返して伝搬され、光が
一様に散乱されて外部に放射されるように形成した散乱
中心を含む伝搬散乱手段から構成され、伝搬散乱手段の
一端または両端に複数の発光素子を配したことを特徴と
する。

【００１４】請求項６記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、光源手段は、光検出手段と平行に
配置された透明基板上に透明電極と有機薄膜と不透明電
極とを順次形成して構成されることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
の実施形態である画像読取ユニットを詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による画像読取ユニッ
トの主要な構成要素と、それらの配置を模式的に示す斜
視図である。この画像読取ユニットは、回転するように
保持された中空の透明ローラ６０の内部に、例えば冷陰
極管等の線状光源１０と、屈折率分布型レンズアレイ４
０と、リニアイメージセンサ２０等を図のように配置し
て構成される。リニアイメージセンサ２０は、例えば結
晶シリコンで形成されたＣＣＤ等の長さ２０mm程度のイ
メージセンサをイメージセンサ実装用基板３０上に、ラ
イン状に複数個配列して搭載することにより形成され
る。

【００１６】図２は、透明ローラ６０の軸と垂直方向の
断面を示す構成図である。図３は、透明ローラ６０の軸
と平行方向の断面を示す構成図である。支持体５０は、
線状光源１０と屈折率分布型レンズアレイ４０とイメー
ジセンサ実装用基板３０とを固定し、筐体７０に固定さ
れる。ここで支持体５０は、屈折率分布型レンズアレイ
４０を通過しない光がリニアイメージセンサ２０に到達
するのを妨ぐことができる。筐体７０は、透明ローラ６
０の一部が原稿９０に接触する部分を除いてこれらの構
成要素を覆う。

【００１７】リニアイメージセンサ２０と、屈折率分布
型レンズアレイ４０と、原稿９０との相互の位置関係
は、原稿９０が屈折率分布型レンズアレイ４０の物体面
に、リニアイメージセンサ２０が屈折率分布型レンズア
レイ４０の結像面になるようにそれぞれ配置される。イ
メージセンサ実装用基板３０は、リニアイメージセンサ
２０を搭載し、電気信号を外部との間で交換する。透明
ローラ６０の一端部の外側には、白黒の規則的な濃淡パ
ターン８０が配置される。イメージセンサ実装用基板３
０の上に搭載された光電変換素子２１は、屈折率分布型
レンズアレイ４０により白黒の濃淡パターン８０の像が
結ばれるように構成される。

【００１８】次に、図１〜図３を参照して、本発明の実
施形態における動作例を説明する。まず、線状光源１０
から発せられた光は、垂直からわずかな角度だけ傾いて
透明ローラ６０に入射し、透明ローラ６０を透過した後
にその下方に密着した原稿９０を照明する。原稿９０か
らの反射光は、透明ローラ６０を透過して屈折率分布型
レンズアレイ４０によりリニアイメージセンサ２０上に
結像される。

【００１９】筐体７０を手で持って原稿９０上を滑らせ
ると、透明ローラ６０は原稿９０と密着した状態で回転
するので、リニアイメージセンサ２０は原稿９０のライ
ン状の明暗情報を次々に読み取る。これと同時に、濃淡
パターン８０も同様に照明され、それからの反射光も同
様にして光電変換素子２１上に結像される。濃淡パター
ン８０のピッチは既知であるので、光電変換素子２１の
出力から原稿９０の移動距離を知ることができる。この
移動距離が所望の変位に達する毎にリニアイメージセン
サ２０の１次元の明暗情報を記録することにより、原稿
９０の２次元の明暗情報が得られる。

【００２０】ここで、屈折率分布型レンズアレイ４０の
物体面から結像面までの距離は５〜１０mm、リニアイメ
ージセンサ２０の厚さは実装基板を含めて１〜２mm、冷
陰極管の直径は３mm程度のものを採用すれば、筐体７０
の外径を１０〜１５mm程度にすることができる。

【００２１】従って、本発明の画像読取ユニットを搭載
したハンディスキャナは、幅が１０〜１５mmと小型であ
るため、携帯に便利で、原稿の読み取り位置を確認しな
がら走査できるので、本の段差部分や綴り部分等も問題
無く入力できるという利点がある。また線状光源１０
は、原稿の近くに配置されるので、光の広がりによる損
失を小さくできる。

【００２２】さらに、線状光源１０からの光は、透明ロ
ーラ６０に対し垂直に近い角度で入射しているので、透
明ローラ６０の表面での反射が少ない。このように、光
を有効に利用することにより光源の消費電力を低くでき
る。

【００２３】さらに、ハンディスキャナの走査方向の位
置検出を透明ローラ６０に設けた濃淡パターン８０を読
み取ることにより実現したため、従来のハンディスキャ
ナで必要とされたロータリーエンコーダとローラの回転
をロータリーエンコーダに伝達するためのギア等の機構
部品が不要となり、部品点数と組立工数を削減されて製
造コストを低減できる。

【００２４】また、図１において、原稿９０に接触した
透明ローラ６０の面が筐体７０の内部に入っていくとき
に、筐体７０の先端でゴミ等の付着物を除去することが
できる。これは、筐体７０の一部が図１１のクリーニン
グブレードの機能を果たすことになるので、部品点数が
削減できるという利点がある。

【００２５】本発明の画像読取ユニットをハンディスキ
ャナに搭載した構成を例にして説明したが、本発明の画
像読取ユニットは、これに限られるものではない。例え
ば、図２の筐体７０を除く構成要素をノート型パソコン
や携帯情報端末のような小型機器に内蔵し、従来の例と
同様の背景ローラをモータで駆動するなどして原稿を搬
送してもよい。図４は、そのような画像入力装置の構成
を本発明の第２の実施形態として示す構成図である。即
ち、図１１の密着センサ１２０、蛍光灯１４０の代わり
に、図１の筐体７０を除く構成要素を図のように配置す
る。尚、図４においては、図２、図１１と同じ構成要素
には同じ番号を付している。

【００２６】本発明の第２の実施形態における動作例に
ついては、例えば、図１１の場合と同様に、図示してい
ない駆動用モータで背景ローラ１３０を回転させて原稿
を搬送しながら、リニアイメージセンサ２０の出力を記
録することにより、原稿の２次元画像を得ることができ
る。あるいは、透明ローラ６０をモータで回転させ、背
景ローラ１３０は従属的に自由に回転する構成にしても
よい。

【００２７】また、背景ローラ１３０を除く構成要素を
筐体に内蔵すれば、自走式のハンディスキャナが構成で
きる。図５は、そのようなハンディスキャナを本発明の
第３の実施形態として示す構成図である。ここで、透明
ローラ６１の一端は、動力伝達部品７４を介してモータ
７３に接続される。尚、図３と同じ構成要素は、特に説
明することなく同じ番号を付している。このような構成
要素を筐体７２の内部に配置する。モータ７３の回転ス
ピードや動力伝達部品の設計を調整することにより、所
望のスピードでハンディスキャナを移動させることがで
きる。移動スピードが制御できるので、本発明の第１の
実施形態の濃淡パターン８０や光電変換素子２１は、本
発明の第３の実施形態では不要となる。

【００２８】また以上では、線状光源として冷陰極管、
イメージセンサとして結晶シリコンで形成するイメージ
センサを用いた例を説明したが、これらの構成要素につ
いては様々な組み合せが可能である。例えば、線状光源
として、導光体の端部に発光素子を配置し、導光体に設
けた散乱体により、光を外部に取り出す構成の線状光源
を用いてもよい。また、アモルファスシリコンのような
薄膜半導体でガラス基板上に形成するイメージセンサを
用いてもよい。さらに、リニアイメージセンサの端部の
光電変換素子を用いて、光電変換素子２１の機能を果た
すことにより、独立した光電変換素子２１を不要とする
ことも可能である。従って、このような構成も本発明の
変形実施例である。

【００２９】本発明の実施形態においては、照明手段と
その配置の方法に関して、さまざまな実施形態が可能で
ある。

【００３０】図６は、本発明の第４の実施形態を示すも
ので、照明手段として、複数の発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）をプリント基板上に所定のピッチでライン状に配列
して構成した線状光源１２を支持体５１に図６のように
配置した例である。ＬＥＤはベアチップをプリント基板
に直接搭載してボンディングにより接続してもよいし、
表面実装用のパッケージに予め実装されたチップ型ＬＥ
Ｄを用いてもよい。

【００３１】本発明の第４の実施形態では、ＬＥＤから
発せられた光が直接に透明ローラ６０に入射し、原稿９
０を照明する。ＬＥＤの配列ピッチは、要求される原稿
面照度と、許容される消費電力と、部材のコスト等とを
勘案して決定される。この配列ピッチが大きいと、ＬＥ
Ｄの搭載位置に近い原稿９０の場所が最も強く照明さ
れ、隣接する２個のＬＥＤ搭載位置の中央部に対向した
原稿９０の場所が最も弱く照明される。このような原稿
面照度の不均一性は望ましくなく、特に線状光源１２と
原稿９０との距離が小さいほど問題になる。

【００３２】図７は、本発明の第５の実施形態を示すも
ので、照明手段として図４と同じ線状光源１２を用いる
が、その配置に特徴がある。即ち、ＬＥＤの光放射面が
支持体５２の表面の一部に設けられた光散乱面５３に対
向するように、線状光源１２を屈折率分布型レンズアレ
イ４０に固定する。

【００３３】本発明の第５の実施形態では、ＬＥＤから
発せられた光は、まず光散乱面５３に到達して散乱され
た後に、透明ローラ６０に入射し、原稿９０を照明す
る。光の散乱により光の進行方向が変化するので、この
配置により、ＬＥＤの配列ピッチに起因する原稿面照度
の均一性を向上することができる。

【００３４】図８は、本発明の第６の実施形態を示すも
ので、発光素子１３とリニアイメージセンサ２０とを同
一の基板３１に搭載した点に特徴がある。発光素子１３
からの光を原稿に導くために、支持体５４に光反射面５
５を設けている。発光素子を搭載するための基板が不要
になるので、製造コストが低減される。

【００３５】図９は、本発明の第７の実施形態を示すも
ので、照明手段として有機薄膜から発せられるエレクト
ロ・ルミネッセンス（ＥＬ）を利用する例である。この
線状光源１４は、ガラス基板上にインジウム、スズの酸
化膜等で透明電極を形成し、その上にエレクトロ・ルミ
ネッセンス（ＥＬ）を発する機能を持つ有機材料の薄膜
を形成し、更にその上に反射電極を形成し、最後にこれ
らの膜を保護膜で封入して構成される。

【００３６】両方の電極に電圧を印加すると、両方の電
極に挟まれた領域の有機薄膜から透明電極、ガラス基板
を透過して光が発せられる。このような有機ＥＬ光源１
４は、そのガラス基板側が光の放射面になり、反対側に
光は漏れない。そこで、光の放射面が原稿に対向するよ
うに、この有機ＥＬ光源１４を支持体５６に装着する。
ここで、屈折率分布型レンズアレイ４０の光入射面に密
着する領域のガラス基板には、少なくとも反射電極は設
けないものとする。即ち、原稿９０からの反射光は、有
機ＥＬ光源１４の透明な領域を透過して屈折率分布型レ
ンズアレイ４０に入射する。この構成においても、厚さ
１ｍｍ程度のガラス基板上に厚さ１ミクロン以下の薄膜
を形成したものを支持体５６に密着して配置することに
より、装置を小型化することができる。

【００３７】図１０は、本発明の第８の実施形態を示す
もので、照明手段として端面から光を放射する分散型無
機ＥＬ光源を利用する例である。図１０に示すように、
屈折率分布型レンズアレイ４０に平行に分散型無機ＥＬ
光源１５を設置し、支持体５７で固定する。分散型無機
ＥＬ光源１５の端面から発せられた光は、この光源の真
下にある原稿９０の領域を最も強く照明するので、その
領域からの反射光が効率よくリニアイメージセンサ２０
上に導かれるように、屈折率分布型レンズアレイ４０と
リニアイメージセンサ２０の位置関係を決定する。ある
いは、分散型無機ＥＬ光源１５を少し傾斜するように設
置し、屈折率分布型レンズアレイ４０の真下の原稿の領
域が最も強く照明されるような構成でもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の画像読取ユニットによれば、中空の透明ローラの内部
に、例えば線状光源、リニアイメージセンサ及び屈折率
分布型レンズアレイ等の光源、光検出手段、第１、第２
の光学手段を配置することにより、画像読取ユニットの
小型化が達成され、ファクシミリ、ハンディスキャナ等
の画像入力装置を小型化することができる。

【００３９】また、本発明の画像読取ユニットによれ
ば、線状光源から透明ローラに入射する角度が垂直に近
くなるので、透明ローラの表面での反射による光の損失
が小さくなり、線状光源の消費電力を低減することがで
きる。

【００４０】さらに、本発明の画像読取ユニットによれ
ば、透明ローラに設けた規則的な濃淡パターンからの反
射光を検出することにより、従来、ハンディスキャナに
必要だったロータリーエンコーダ、ギア等の部品を省略
することができる。従って、ハンディスキャナを小型化
でき、製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施形態において、透明ローラ
の軸と垂直方向の断面を示す構成図である。

【図３】本発明の第１の実施形態において、透明ローラ
の軸と平行方向の断面を示す構成図である。

【図４】本発明の第２の実施形態において、透明ローラ
の軸と垂直方向の断面を示す構成図である。

【図５】本発明の第３の実施形態において、透明ローラ
の軸と平行方向の断面を示す構成図である。

【図６】本発明の第４の実施形態において、透明ローラ
の軸と垂直方向の断面を示す構成図である。

【図７】本発明の第５の実施形態において、透明ローラ
の軸と垂直方向の断面を示す構成図である。

【図８】本発明の第６の実施形態において、透明ローラ
の軸と垂直方向の断面を示す構成図である。

【図９】本発明の第７の実施形態において、透明ローラ
の軸と垂直方向の断面を示す構成図である。

【図１０】本発明の第８の実施形態において、透明ロー
ラの軸と垂直方向の断面を示す構成図である。

【図１１】従来の画像読取ユニットを示す模式断面を示
す構成図である。

【符号の説明】

１０、１１、１２ 線状光源 １３ 発光素子 １４ 有機ＥＬ光源 １５ 分散型無機ＥＬ光源 ２０ リニアイメージセンサ ２１ 光電変換素子 ３０ イメージセンサ実装用基板 ３１ イメージセンサおよび発光素子実装用基板 ４０ 屈折率分布型レンズアレイ ５０、５１、５２、５４、５６、５７ 支持体 ５３ 光散乱面 ５５ 光反射面 ６０、６１ 透明ローラ ７０、７２ 筐体 ７３ モータ ７４ 動力伝達部品 ８０ 白黒の濃淡パターン ９０ 原稿 １００ 読取ユニット １１０ 透明ローラ １２０ 密着センサ １３０ 背景ローラ １４０ 蛍光灯 １５０ クリーニングプレート Ｓ 原稿

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面の一部が原稿に接触して回転する
   ように構成された中空の透明ローラを備え、 該透明ローラの内部に設けられた光源手段と、 該光源手段からの光を前記透明ローラを介して前記原稿
   に導くために前記透明ローラの内部に設けられた第１の
   光学手段と、 複数の光電変換素子を配列して成り、前記透明ローラの
   内部に設けられた光検出手段と、 前記原稿からの反射光を前記透明ローラを介して前記光
   検出手段に導くための前記透明ローラの内部に設けられ
   た第２の光学手段とを有することを特徴とする画像読取
   ユニット。
2. 【請求項２】 前記透明ローラの一端部に設けられ、光
   の反射率が規則的に変化する濃淡パターンを備え、 前記透明ローラの内部に設けられ、前記濃淡パターンの
   反射光を検出する光電変換素子から成るパターン検出手
   段を有することを特徴とする請求項１記載の画像読取ユ
   ニット。
3. 【請求項３】 前記光検出手段が、透明基板上に薄膜半
   導体で形成したイメージセンサまたは結晶半導体基板上
   に結晶半導体で形成したイメージセンサで構成され、 前記第２の光学手段が、複数の屈折率分布型光ファイバ
   を１次元に配列したレンズアレイであることを特徴とす
   る請求項１または２記載の画像読取ユニット。
4. 【請求項４】 前記光源手段は、前記光検出手段と平行
   に配置された支持基板上に複数の発光素子を配列して構
   成され、 前記第１の光学手段が、鏡、光の散乱体、空気層のいず
   れかであることを特徴とする請求項１または２記載の画
   像読取ユニット。
5. 【請求項５】 前記光源手段は、前記光検出手段と平行
   に配置され、かつ光が全反射を繰り返して伝搬され、前
   記光が一様に散乱されて外部に放射されるように形成し
   た散乱中心を含む伝搬散乱手段から構成され、 該伝搬散乱手段の一端または両端に複数の発光素子を配
   したことを特徴とする請求項１または２記載の画像読取
   ユニット。
6. 【請求項６】 前記光源手段は、前記光検出手段と平行
   に配置された透明基板上に透明電極と有機薄膜と不透明
   電極とを順次形成して構成されることを特徴とする請求
   項１または２記載の画像読取ユニット。