JP2001245110A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で照明効率に優れ、且つ容易に製造可能
な画像読取装置及びそれを用いた画像形成装置を得るこ
と。 【解決手段】 原稿台ガラス上に載置された原稿を照明
するキセノンランプと、該原稿面の法線に対して該キセ
ノンランプと向かい合うように配置され、かつ該キセノ
ンランプから放射された光束のうち該原稿の読取位置に
直接向かわない一部の光束を該読取位置側へ反射させる
反射部材と、該照明された該原稿からの光束を結像させ
る結像レンズと、該結像レンズの結像位置に配置された
読取手段と、を有する画像読取装置において、該キセノ
ンランプは中央の光量より両端部での光量の方が高く、
かつ条件式（１）を満足すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像読取装置に関
し、特にキセノンランプを含む照明系により照明された
原稿の画像情報をＣＣＤ等の読取手段（光電変換素子）
で読み取るようにした、例えばデジタル複写機やイメー
ジスキャナ等のデジタル読取機器に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】原稿を読み取って電気信号に変換するこ
とで該原稿の画像情報を電子情報として扱うことを可能
とするデジタル複写機やイメージスキャナ等のデジタル
読取機器においては、一般に照明系（照明装置）により
照明された原稿を結像レンズ（読取りレンズ）により順
次走査してＣＣＤ（ラインセンサー）等の光電変換素子
面上に結像させることで行なわれている。

【０００３】図７は従来の原稿読取装置の要部概略図で
ある。

【０００４】同図において筐体７１０の上部開放部に透
明なガラスで構成された原稿積載台７０２が配されてい
る。ここに原稿７０１を積載し、該原稿７０１の上から
圧板７１１を覆うことで原稿７０１は固定される。原稿
７０１を読み取る順序としてはまず、光源であるキセノ
ンランプ７０４が発光し、原稿７０１面を照明する。

【０００５】キセノンランプ７０４はその管側面にアパ
ーチャと呼ばれる発光窓が施され、そのアパーチャから
原稿７０１に向けて光束が照射されるよう向きや形状の
設定がなされている。また照明をより効率よく、また画
質を向上させるためにキセノンランプ周辺部に反射部材
（反射笠）７０３が配され、該キセノンランプ７０４か
ら原稿７０１の読取位置に直接向かわない光束を拾って
照明光率を高めている。この反射部材７０３としては主
に金属部材を鏡面にするなどして適切なる形状が設定さ
れている。これらは第１のミラー台７１２として一体の
構造になっており、原稿７０１面に沿って図中矢印Ａ方
向（副走査方向）に走査されるようになっている。

【０００６】原稿７０１を照射した光束は該原稿７０１
で反射されて第１のミラー７０５に向かう。この反射光
は原稿７０１の画像情報を含んでおり、この光束を読取
手段としての光電変換素子７０９に導くために第２のミ
ラー７０６、第３のミラー７０７が配置されている。こ
の第２のミラー７０６と第３のミラー７０７も一体の構
造（ハの字ミラー）となっていて、第２のミラー台７１
３によって構成されている。

【０００７】原稿を走査する（読取る）際は第１のミラ
ー台７１２が不図示のモーターによって該原稿７０１を
走査していくと、その１／２の速度で第２のミラー台７
１３が追随するような構造となっており、これにより走
査中の原稿７０１と結像レンズ（読取りレンズ）７０８
との光学的距離が維持される。こうして結像レンズ７０
８により原稿７０１からの光束が共役関係に配された光
電変換素子７０９面上に結像する。

【０００８】この光電変換素子７０９は主走査方向に複
数の素子を配列した１次元ラインセンサー（ＣＣＤ）等
より成り、原稿面上の主走査方向に沿うよう位置が規定
されている。これにより原稿積載台７０２上に載置され
た原稿７０１の主走査方向を一度読み込み、順次各第
１、第２のミラー台７１２，７１３が走査していくこと
で原稿７０１の副走査方向を読み込むことが可能とな
る。

【０００９】以上のような構成からなる画像読取装置に
おいて、装置全体の性能から要求される結像レンズの光
学性能として、読取速度の向上のために単位時間当りの
光電変換素子への光量が十分に確保できることが必要で
ある。読取速度が高速になればその分、単位時間あたり
に光電変換素子が受光できる光量が減少するため、照明
系の光量をアップするか、十分な光量を確保できる光学
系の設定が必要となる。

【００１０】これまで光源に使われるランプとしては従
来からハロゲンランプや蛍光管等が使用されてきた。ハ
ロゲンランプは十分な光量が得られる反面、発光に伴っ
て１００℃以上の発熱を生じる。この熱が原因で周辺の
温度を上げ、且つ熱による構造の歪を押さえるための冷
却構造を付加させる必要があるなど電力負荷が増し、構
造の大型化を招いていた。

【００１１】一方、熱の発生の少ない蛍光管はその点で
は問題は少ないが、ハロゲンランプに比べて光量を十分
に得られないという面があった。

【００１２】そこで光量が容易に得やすく、且つ熱の発
生が少ないキセノンランプが光源のランプとして使用さ
れるようになってきた。このキセノンランプは略緑色の
発光色で管全体に亘ってフラットな光量分布が得やす
く、光源としては良好なる性能を有している。そのため
装置の高速化に伴って十分な光量を得るために明るいキ
セノンランプが開発されてきている。

【００１３】ここで原稿を読み取る際の光量について述
べる。

【００１４】良好なる画像を得るためには十分な光量が
必要であることは前述の通りであるが、それとは別に照
明系、読取光学系、それぞれをより光量を得やすいよう
に工夫する必要がある。

【００１５】読取光学系としては結像レンズを広開口に
し、つまりＦｎｏ（Ｆナンバー）を明るいものとし、ラ
インセンサー（ＣＣＤ）面上に達する光量を高い効率で
送り込むことが要求される。また装置全体の小型化の点
からも、全光路長を短くして必要な容積を減少させるこ
とも必要になる。同じ原稿サイズでレンズが短い距離で
結像するということは、広い画角を要求されるというこ
とである。

【００１６】更に近年、４５０ｄｐｉや６００ｄｐｉ等
の高解像で高品質なデジタル画像情報を得ることが要求
されている。原稿側の主走査方向の周辺領域においても
十分な光量を確保するため開口率は極力上げ、光量の違
いによる像の劣化を防ぐことが必要であり、また基本的
な収差そのものも十分に除去されていることが必要とさ
れる。

【００１７】しかしながら結像レンズに入射した光束は
図８に示すようにｃｏｓ４乗則に沿って入射画角により
光量は物理的に減少していく。さらにそれとは別に光束
はレンズの内部を画角に応じて斜入射するため、鏡筒内
部の間隔環や絞り等で光束の一部が遮光される場合もあ
る。そのため結像レンズの主走査方向の中央は広開口の
ために光量を十分確保できても周辺部においてはそれよ
りも減少した光量しか得られないこととなる。そのため
これらを合わせた周辺減光（減少した周辺部での光量）
は原稿面の主走査方向の中央に比べて端部の画質の面に
おいて不利な条件となり、均一なる画質が得にくくなっ
てしまい、得られる画像の品質を劣化させる原因とな
る。

【００１８】これまでこのような不均一な光量を補う手
法としては、例えば結像レンズの光路上に主走査方向の
中央（光軸上）の光量を減少させ、端部（周辺部）にな
るほど光量としては有利な形状（例えば扇形またはその
類似の形状をした板状）をしたシェーディング補正板を
配置し、中央付近の光量の一部をカットすることによ
り、主走査方向全域において光量のバランスを採ってい
た。

【００１９】この手法は光量の分布をバランスよく整備
するには良好なる手法であり、多くの画像読取装置で採
用されている。ただこの手法も光束の一部をカットして
行なわれるため、予めその分の光量を見こんだ明るい光
源を配置することが必要である。

【００２０】近年ではこうしたことを鑑み、端部での光
量を中央の光量より高くしたキセノンランプが開発され
ている。このキセノンランプは棒状の発光体の外周部
に、内部ガス体を励起するための電極が覆われており、
その電極の形状は発光効率、および光量分布を決定する
上において適した形状が取られている。このキセノンラ
ンプを使えば端部の光量が増すため、周辺部において画
質向上が図られ高画質な画像が得られる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述したキセノンラン
プの登場は高画質な画像を得るためには有利な光源では
あるものの、照明系及び読取光学系に最適なる条件を設
定しなければ光量を上げた分の消費電力の増大、または
構造の複雑化を招き、更にはコストの増大にもつながる
という問題点が発生してくる。

【００２２】本発明は端部の光量を中央の光量より高く
したキセノンランプを用いた照明系及び読取光学系に最
適な条件を設定し、必要な光量だけを上げることによ
り、画像周辺部まで十分な画質が得られる高性能な原稿
読取装置の提供を目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の画像読
取装置は原稿台ガラス上に載置された原稿を照明するキ
セノンランプと、該原稿面の法線に対して該キセノンラ
ンプと向かい合うように配置され、かつ該キセノンラン
プから放射された光束のうち該原稿の読取位置に直接向
かわない一部の光束を該読取位置側へ反射させる反射部
材と、該照明された該原稿からの光束を結像させる結像
レンズと、該結像レンズの結像位置に配置された読取手
段と、を有する画像読取装置において、該キセノンラン
プは中央の光量より両端部での光量の方が高く、かつ ０．７＜α_y・γ_y・ｃｏｓ（ω_y／２）⁴ ＜１．３ 但し、 α_y：キセノンランプの主走査方向の中央の光量と、該
主走査方向の中央からの任意の位置における光量との光
量比 γ_y：原稿面の主走査方向の中央からの任意の位置での
原稿を読み取る際の結像レンズの開口率 ω_y：原稿面の主走査方向の中央からの任意の位置での
原稿を読み取る際の結像レンズの画角 なる条件を満足することを特徴としている。

【００２４】請求項２の発明は請求項１の発明において
前記キセノンランプから前記原稿の読取位置に直接向か
う光束の光量と、該キセノンランプから前記反射部材を
介して該原稿の読取位置に向かう光束の光量とのうち、
その一方の光量をＷ₁、、該原稿の読み取りに寄与する光
束の全光量をＷとしたとき、 ０．４Ｗ＜Ｗ₁＜０．６Ｗ なる条件を満足することを特徴としている。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の画像読取装置の実
施形態１の要部概略図である。図２は図１に示した光源
としてのキセノンランプの要部概略図である。

【００２６】まず本実施形態で用いるキセノンランプの
構造について説明する。図２においてガラス体で構成さ
れるキセノン管２０１の両端部には口金２０４および画
像読取装置に取り付ける際の第１、第２の台座２０２、
２０３が配置されている。第２の台座２０３からは電気
を供給するための配線２０５が接続されており、その先
にはランプを高周波点灯させるためのインバータ回路基
板２０６があり、このインバータ回路基板２０６に電力
を供給することでランプが点灯するようになっている。
キセノン管２０１の外周部には内部ガスを励起させるた
めの電極が配備されており、この電極の形状によりキセ
ノン管２０１の主走査方向（長手方向）に沿った方向で
光量分布が規定されている。キセノンランプ１０４の配
光（光量分布）は図３に示すように設定されており、中
央の光量が１００％の場合、主走査方向の両端部は主走
査方向の必要像高ｙに対し、０．９ｙでα_0.9y％、１．
０ｙでα_1.0y％となっている。ここでαはα＞１００
（％）である。

【００２７】このキセノンランプを光源として使用した
場合、以下に示すようになる。

【００２８】前述したように結像レンズ（読取りレン
ズ）は物理的法則から原稿面上ｙの位置からの該結像レ
ンズへの入射画角をω_y ／２としたとき、（ｃｏｓ（ω
_y ／２））⁴に比例して光量が低減していく。さらに入
射画角によってはレンズ内部のケラレによって光束が減
少し、光量の低下となる。結像レンズの集光時にはこれ
ら２つの減少要素があるため、画角周辺では画角中央に
比べて大きく減光される。

【００２９】上記キセノンランプを使用した場合、最大
画角において該キセノンランプは画角中央のα％の光量
を有している。このある主走査方向の位置ｙにおける中
央光量比（キセノンランプの主走査方向の中央の光量
と、該主走査方向の中央からの任意の位置における光量
との光量比）がα_yで設定されているキセノンランプを
使用し、結像レンズのある像高での開口率（原稿面の主
走査方向の中央からの任意の位置での原稿を読み取る際
の結像レンズの開口率）をγ_yとした場合、そのときの
結像時の光量Ｍは以下のように計算される。

【００３０】 Ｍ＝α_y・γ_y・ｃｏｓ（ω_y ／２）⁴ ‥‥（ａ） 但し、 ω_y：原稿面の主走査方向の中央からの任意の位置での
原稿を読み取る際の結像レンズの画角 このとき上記（ａ）式で計算される値はＣＣＤ素子にお
いて得られる像高ｙにおける像面での光量であり、この
値はノイズのＳ／Ｎ比から必要な光量の下限値が決ま
る。

【００３１】また上記（ａ）式の上限値について考察す
ると結像レンズのある像高での開口率γ_y を１（１００
％）とし、キセノンランプの中央光量比α_y を１．２
（１２０％）とした場合、（ａ）式は１．２・１・ｃｏ
ｓ（ω／２）⁴となり、中央光量比α_y を１としたい場
合、画角ω_yは１７．２度までがカバーできる。

【００３２】また結像レンズ内部で光量絞り以外の視野
絞りまたは間隔環等で光量が制限される場合、該結像レ
ンズのある像高での開口率γ_yは１以下の値となり、更
に減少することとなる。この際、画像を良好に得るため
にはノイズとのＳ／Ｎ比から考慮すると減少分の光量の
総計が中央の光量に対し５０％となる設定までがリミッ
トであるが、均一なる画質という面から考えると光量差
が３０％までが許容できる範囲である。

【００３３】また上記（ａ）式の上限値としては中央の
光量に対し３０％増までが均一なる画像を得るための上
限値となり、この値を越えると光量が多いとは言え良好
なる画質が得られない。

【００３４】使用するキセノンランプは中央光量比α_y
が１．２程度までが発生する熱量、消費電力、コストか
ら考慮して適した範囲であり、この範囲内で設定するこ
とが最適な照明系を構成する条件となる。

【００３５】そのため結像レンズの開口率が中央と端部
とで極端に違う場合はそれに見合ったキセノンランプの
設定が必要であるが、これにより例えば表−１に示すよ
うに最大画角２０度での端部光量は結像レンズの画角端
部の開口率γ_y を１（１００％）、キセノンランプの中
央光量比α_y を１．２（１２０％）より設定することに
より、未実施の場合０．８７（８７％）である端部光量
は０．９４（９４％）まで改善させることができる。

【００３６】

【表１】

【００３７】表−１においては結像レンズの最大画角で
の開口率γ_y が０．７（７０％）以下では周辺部の光量
が不足するため、更にキセノンランプ端部での光量をア
ップするなどの処置が必要であるが、上述した条件を考
慮すると適切とはいえず、この場合は結像レンズの最大
画角の開口率を改善した方がよい。

【００３８】以上のことを踏まえて本実施形態では前記
（ａ）式を以下の条件を満足するように設定している。

【００３９】 ０．７＜α_y・γ_y・ｃｏｓ（ω_y／２）⁴ ＜１．３ ‥‥（１） 次に図１を用い具体的な実施形態を挙げて説明する。

【００４０】図１において１０２は原稿支持用の原稿台
ガラスであり、原稿１０１を載置している。１１１は圧
板であり、原稿１０１を上から覆うことにより該原稿１
０１を固定している。１２１は照明系（照明手段）であ
り、光源としての上述したキセノンランプ１０４と反射
部材としての反射笠１０３とを有している。反射笠１０
３はキセノンランプ１０４から放射された光束のうち原
稿１０１面の読取位置Ｐに直接向かわない一部の光束を
反射させて効率良く該原稿１０１面側に集光している。
１０５，１０６，１０７は各々順に第１、第２、第３の
ミラー（反射ミラー）であり、原稿１０１面からの光束
を反射させることにより光路を折り曲げて読取光学系の
一要素としての結像レンズ（読取りレンズ）１０８に導
いている。結像レンズ１０８は原稿１０１面の画像情報
に基づく光束を読取手段１０９面上に結像（投影）して
いる。１０９は読取手段であり、複数の素子を主走査方
向に配列したＣＣＤ（ラインセンサー）より成ってい
る。１１０は筐体である。

【００４１】本実施形態において原稿台ガラス１０２上
に載置された原稿１０１はキセノンランプ１０４からの
直接光と反射笠１０３を介した間接光により両側から略
同一の光量で照明される。そして原稿１０１からの光束
は走査用の第１、第２、第３のミラー１０５，１０６，
１０７を介して結像レンズ１０８によりＣＣＤ１０９面
上に結像され、原稿１０１の濃度に応じて電気信号に変
換され、主走査方向の１ライン分の画像情報が読取られ
る。また副走査方向（図１において矢印Ｙ方向）の画像
読取りは原稿１０１に対してキセノンランプ１０４と反
射笠１０３と第１のミラー１０５とから成る第１のミラ
ー台１１２を副走査方向に移動させ、更に第２、第３の
ミラー１０６，１０７とから成る第２のミラー台１１３
を該第１のミラー台１１２の半分の速度（移動速度比
２：１）で同方向に移動させることにより、原稿１０１
からＣＣＤ１０９までの光路長を一定に保ちつつ原稿１
０１の画像情報が読取られる。そしてＣＣＤ１０９で読
み取られた原稿１０１の画像情報を出力装置（不図示）
に送出し、例えばプリント出力として画像情報の出力を
行う場合や、または記憶装置（不図示）に送出し、入力
画像情報の記憶を行なう場合があり、各々画像読取装置
として使用している。

【００４２】本実施形態における結像レンズ１０８はＦ
Ｎｏ（Ｆナンバー）３．８のガウス型の４群６枚レンズ
であり、読み取る際の主走査方向の最大画角ω_y ／２は
１７度である。（尚，結像レンズのレンズ構成は上記の
構成に限らない。）このとき最大画角ω_y ／２における
ｃｏｓ４乗則における減少は中央（画角０度）の０．８
３６となる。また結像レンズ中央の絞りにより光量が決
定されている以外、光量をより多く得るために光束を遮
光するような絞りや間隔環は配置していない。

【００４３】この画像読取装置に使用したキセノンラン
プの主走査方向の光量プロファイル（光量分布）は前記
図３に示した通りである。同図に示すようにキセノンラ
ンプの各部位における光量は０．９ｙにおいてピークと
なり、中央の光量に対して１．２倍としている。尚、図
４は従来のキセノンランプの主走査方向の光量プロファ
イル（光量分布）である。

【００４４】本実施形態のキセノンランプを使用した際
の結像時のＣＣＤ面上における光量分布を図５に示す。
同図では主走査方向の片側半分のみで示しているが、同
図からわかるようにｃｏｓ４乗則で域少していた端部の
光量が補正され、最大端部においても中央と同様の光量
を得ることができ、これにより全体としてもほぼ均一な
る光量で設定することができる。

【００４５】更に図示しないが結像レンズの開口率が１
（１００％）でなく、最大画角で開口率γ_y が０．８
（８０％）の場合でも、上記のキセノンランプを使用す
ることにより、約２割程度、端部光量を増加させること
ができる。

【００４６】またここで使用される反射部材としての反
射笠は図６に示すように原稿の読取位置Ｐにおいて、キ
セノンランプからの直接の光束（直接光）とキセノンラ
ンプから反射笠で折返して読取位置Ｐへ達する光束（間
接光）の光量とがほぼ一致するように、その形状の設定
がなされている。

【００４７】即ち、本実施形態ではキセノンランプから
原稿の読取位置Ｐに直接向かう光束（直接光）の光量
と、該キセノンランプから反射笠を介して原稿の読取位
置Ｐに向かう光束（間接光）の光量とのうち、その一方
の光量をＷ₁、、該原稿の読み取りに寄与する光束の全光
量をＷとしたとき、 ０．４Ｗ＜Ｗ₁＜０．６Ｗ ‥‥（２） なる条件を満足するようにしている。これにより本実施
形態では読み取る原稿に一部貼り付けた部分がある切り
貼り原稿であったとしても、その厚みにより副走査方向
にできる照明による影は２方向で略均等となり、従来照
明光の強い方向からの光束で一方向のみ影が際立って画
質の低下を招くといった問題が、副走査方向に略均等な
光量を与えることにより良好なる画像が得ることがで
き、より高性能な原稿読取装置を実現することができ
る。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く中央の光量よ
り端部での光量の方が高いキセノンランプを用いた照明
系及び読取光学系に最適な条件を設定することにより、
前記実施形態で用いた結像レンズが、たとえ最大画角で
の開口率が７０％で、従来だと端部での光量が中央の光
量に対して５０％を切るため採用できなかったものが、
採用することが可能となり、更に端部の光量を確保する
ためにキセノンランプを全体的に明るくして、その結
果、消費電力の増大を招くなどといった問題も起こすこ
と無く、端部の光量を中央の光量に対して７０％以上確
保することができ、しかも効率の良いキセノンランプの
使い方により消費電力も最低限で抑えることができる画
像読取装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像読取装置の実施形態１の要部構成
図

【図２】キセノンランプの構造を示す図

【図３】本発明の実施形態１に用いたキセノンランプの
光量分布を示す図

【図４】従来のキセノンランプの光量分布を示す図

【図５】本発明の実施形態１でレンズ結像時の光量分布
を示す図

【図６】読取位置におけるキセノンランプ及び反射部材
単体での光量分布を示す図

【図７】従来の画像読取装置の要部構成図

【図８】レンズのｃｏｓ4乗則による光量変化を示す図

【符号の説明】

１０１ 原稿 １０２ 原稿台ガラス １０３ 反射部材 １０４ 光源（キセノンランプ） １０５，１０６，１０７ 反射ミラー １０８ 結像レンズ １０９ 読取手段（ＣＣＤ） １１０ 筐体 １１１ 圧板 １１２ 第１のミラー台 １１３ 第２のミラー台 ２０１ キセノン管 ２０２、２０３ 台座 ２０４ 口金 ２０５ 配線 ２０６ インバータ回路基板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原稿台ガラス上に載置された原稿を照明
   するキセノンランプと、該原稿面の法線に対して該キセ
   ノンランプと向かい合うように配置され、かつ該キセノ
   ンランプから放射された光束のうち該原稿の読取位置に
   直接向かわない一部の光束を該読取位置側へ反射させる
   反射部材と、該照明された該原稿からの光束を結像させ
   る結像レンズと、該結像レンズの結像位置に配置された
   読取手段と、を有する画像読取装置において、 該キセノンランプは中央の光量より両端部での光量の方
   が高く、かつ ０．７＜α_y・γ_y・ｃｏｓ（ω_y／２）⁴ ＜１．３ 但し、 α_y：キセノンランプの主走査方向の中央の光量と、該
   主走査方向の中央からの任意の位置における光量との光
   量比 γ_y：原稿面の主走査方向の中央からの任意の位置での
   原稿を読み取る際の結像レンズの開口率 ω_y：原稿面の主走査方向の中央からの任意の位置での
   原稿を読み取る際の結像レンズの画角 なる条件を満足することを特徴とする画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記キセノンランプから前記原稿の読取
   位置に直接向かう光束の光量と、該キセノンランプから
   前記反射部材を介して該原稿の読取位置に向かう光束の
   光量とのうち、その一方の光量をＷ₁、該原稿の読み取
   りに寄与する光束の全光量をＷとしたとき、 ０．４Ｗ＜Ｗ₁＜０．６Ｗ なる条件を満足することを特徴とする請求項１記載の画
   像読取装置。