JP2005123675A

JP2005123675A - 画像読み取り装置照明光学系

Info

Publication number: JP2005123675A
Application number: JP2003353282A
Authority: JP
Inventors: Tatsuki Okamoto; 達樹岡本; Yukio Sato; 行雄佐藤; Hiroyuki Kono; 裕之河野; Atsuhiro Sono; 淳弘園
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】画像読取装置において、読み取り対象領域に対して、均一且つロスの少ない導光を得る。
【解決手段】ＬＥＤから放出された光を導光体内でなるべく全反射条件で反射させ導光体出射面に導き、原稿面での短軸方向（副走査方向）の光強度を向上するとともに、導光体入射面の形状を最適化して、長軸方向（主走査方向）の光線の角度を制御し、よって原稿面に均一な強度分布の照明光を照射する、導光体の形状を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像読み取り装置における照明光学系に関する。

被読取原稿からの反射光をセンサによって読み取る、ファクシミリ、複写機若しくはスキャナ等のようなイメージセンサにおいて、照明光学系としてＬＥＤが現在多く用いられている。

特許文献１の発明は、カラー逐次読み出し方式密着イメージセンサの基本構成に関するものであり、赤、緑、青の出力レベルが均一で高感度のイメージセンサを提示する。特許文献２の画像読み取り装置は、簡易な手段によって、光源から発せられた光を画像読み取り領域に効率良く導くことができるようにして画像読み取り領域の照度を高め、読み取り画像の質の向上を図る。但し、空洞導光体の表面を白色にしているため、拡散する光が多く、効率よく原稿面に光を導けない。

特許文献３の発明は、画像読み取り機能などに不具合を生じさせることなく、画像読み取り装置を構成する光源などの所定部品の組付け作業や電気配線作業などが容易に行えるようにし、画像読み取り装置の製造コストの低減化を図るものである。但し、当該画像読み取り装置では、側面あるいは中央底面からのみＬＥＤ光を導光体に導入させるので、照明強度を上げるためにＬＥＤの数を増やす場合、限界がある（導光体のＬＥＤ導入開口が小さい）。

特許文献４の発明は、光源からの光を効率良くかつ均一に読取面に導くことのできるカラーイメージセンサおよび画像読取装置を提供するものである。但し、曲面形状プリズムにて光を導光するため、出射された光の広がり角が大きくなり、原稿面での照射面積が大きくなるので、線状読み取りでは、照明光の利用効率が低くなる。

特許文献５の発明は、画像読み取り装置の光源装置から発せられる光を所望のライン状の読み取り対象領域に対して効率良くかつ適切に導くことができるようにするものである。但し、組み合わせレンズの形状が複雑であり、しかも製造に高い精度が要求される。
特開２００１−１３６３４１公報特開平１１−２１５３０１号公報特開平１１−５５４５６号公報特開２０００−３４９９５７公報特開２００１−７７９７５公報

本発明は、画像読み取り装置において、ＬＥＤから放出された光を導光体内でなるべく全反射条件で反射させ導光体出射面に導き、原稿面での短軸方向（副走査方向）の光強度を向上するとともに、導光体入射面の形状を最適化して、長軸方向（主走査方向）の光線の角度を制御し、よって原稿面に均一な強度分布の照明光を照射する、導光体の形状を得ることを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するためになされたものである。本発明に係る画像読取装置は、
原稿面に光を照射する一つ又は複数の光源と、
上記光源から発せられた光を透明部材内に進行させて線状の読み取り対象領域に導くように光の入出射を行なう光入射面および光出射面を有する導光手段と、
上記原稿面から反射された光を集光する光学系と、
上記光学系の結像部に設けられ、上記原稿の画像を読み取るセンサとを備える画像読取装置である。その画像読取装置において、
上記導光手段が、上面に上記線状の読み取り対象領域の長軸方向について長い略長方形の上記光出射面を持ち、下面に上記光源を設置する光源収納部を備え、上記光源収納部の壁面を上記光入射面とし、
上記導光手段の側面は、上記導光手段の長軸方向に平行に上記導光手段の短軸方向の厚みをはさんで第１の面および第２の面を有し、上記導光手段の短軸方向に平行に上記導光手段の長軸方向の厚みをはさんで第７の面および第８の面を有し、且つ、上記導光手段の短軸方向に平行に上記導光手段の底面の光源収納部付近から第７の面及び第８の面へ広がって伸展する第３の面及び第４の面を有し、
上記線状の読み取り領域の短軸方向について、
上記光源から発せられ、上記光源収納部を経て、上記導光手段の光入射面から入射された光を上記第１の面および上記第２の面で複数回反射させ上記光出射面に導き、
上記線状の読み取り領域の長軸方向について、
上記光源から発せられ、上記光源収納部を経て、上記導光手段の光入射面から入射された光の内、上記導光手段の上記光出射面で全反射する角度の光の大部分を上記第３の面および上記第４の面で反射させ、上記光出射面に導く構造としたことを特徴とする。

本発明を利用することにより、画像読取装置において、光源から発せられた光を効率よく読み取り対象領域に導くことができる。また、照明光が原稿において均一に分布されるため、原稿の画像が正確に読み取られる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る好適な実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。該画像読取装置では、原稿３は、筐体１上のガラス２とプラテン４とに挟まれプラテン４により紙送りされる。筐体１は、ガラス２下に照明光学系と読取光学系を含む。照明光学系は、光源基板９と導光手段１０とから成る。導光手段１０は、光源基板９底に設置されるＬＥＤなどの光源５の放出光を導き、ガラス２を介して読取対象たる原稿３に照射する。原稿３の読み取り位置は、主走査方向に線状をなす。読取光学系は、ロッドレンズアレイ６と、ラインセンサＩＣ７を搭載するセンサ基板８とを含む。原稿３からの読取光は、ロッドレンズアレイ６によってラインセンサＩＣ７に１対１で正像転写され、該ラインセンサＩＣ７により電気信号に変換される。原稿３はプラテン４により移動されるから、最終的に原稿面全体の情報は電気信号に変換され得ることになる。

上記の画像読取装置では、光源５からの光が原稿３に適切に到達するように照明光学系が適宜調整され、原稿３からの光がラインセンサＩＣ７に適切に到達するように読取光学系が適宜調整される。

また、導光手段１０は、短軸方向の前後を第１の面１１と第２の面１２とに挟まれ、長軸方向の前後を第７の面と第８の面とに挟まれる。導光手段１０の底には光源収納部２０が形成され、光源５はその光源収納部２０内部に設置される。その光源収納部の壁面が、導光手段１０への光入射面１７となる。

図２は、本発明の実施の形態１に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面図である。図１におけるＡＡ’を含む断面図に相当する。一方、図３は、従来例の（、若しくは従来例として想定され得る）導光手段１０の長軸方向断面図である。

導光手段１０の形状が、図３に示すような単純な直方体であるならば、光出射面１８に達する一部の光束の入射角が、全反射条件を超えてしまう。それら一部の光束は、導光手段１０の光出射面１８から光を取り出すことができない。そうすると、図４（１）に示すように長軸方向の原稿面３の照度分布は、中心が高いが周辺へ行く程より低い分布になってしまう。

このことに対応するため、図２の導光手段１０では、直方体の下方端部の近傍の位置に、第３の面１３及び第４の面１４として、斜行のカット面を形成している。その第３の面１３及び第４の面１４は、導光手段１０の底面の光源収納部２０付近から外方向（第７の面、第８の面）へ広がって伸展する。第３の面１３及び第４の面１４は、直接光束が光出射面１８に達したときに全反射条件となる角度の光束を反射させ、光出射面１８へ全反射しない条件で入射させ、有効に光束を原稿面３へ導く。ここで、導光手段１０の第３の面１３および第４の面１４の傾斜角度および間隔を、導光手段１０の高さに応じて調節することにより、図４（２）に示すような均一な照明強度分布を得ることができる。

なお、導光手段１０の第３の面１３及び第４の面１４で、全反射条件で反射させる構成にすると、第３の面１３及び第４の面１４に反射コートを施す必要がない。

図１７（１）（イ）は、図３のような従来例の導光手段１０による光線追跡のシミュレーション例である。その上の（１）（ア）は、（１）（イ）の断面図に対応する原稿面上の照度の模式的グラフである。一方、図１７（２）（イ）は、図２の実施の形態１に係る導光手段１０による光線追跡のシミュレーション例であり、（２）（ア）は、（２）（イ）の断面図に対応する原稿面上の照度の模式的グラフである。図１７（２）（ア）では長軸方向に略均一な照度を得られることが示される。

ここで、導光手段１０は、照明光に対して透明な材料であればよい。製造上の便宜からは、ポリカーボネイト、アクリル等の透明樹脂材料が望ましい。また、光源５として、白色ＬＥＤ若しくは３原色ＬＥＤが考えられる。実施の形態１は、ラインセンサ面にカラーフィルタを設ける方式にも対応できる。また、３原色ＬＥＤの場合、Ｒ、Ｇ、Ｂを順次点灯するフィールドシーケンシャル方式にも適応できる。

なお、導光手段１０の外形形状は、例えば、長軸方向約３０ｍｍ、短軸方向約４ｍｍ、高さ方向約１０ｍｍである。

実施の形態１を利用することにより、光源から発せられた光を効率よく読み取り対象領域に導くことができる。更に、照明を均一にすることができ、原稿の画像を正確に読み取れる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の短軸方向（副走査方向）断面図である。一方、図６は、従来例の（、若しくは従来例として想定され得る）導光手段１０の短軸方向断面図である。

図６のように、単純な長方形断面となるように導光手段１０を形成すると、光源５から導光手段１０に入射し、導光手段１０の第１の面１１および第２の面１２に到達した光束の一部は、全反射条件（約４５度）を満たす角度以下になり、導光手段１０から飛び出してしまう。特に、表面実装型のＬＥＤでは、放射角が大きく、正面方向を０度として４５度以上の角度を持つ光束は、全体光束の２０％〜５０％に達する。

そこで、図５に示すように、下方側端部に射行する第５の面１５及び第６の面を設ける。これら第５の面１５及び第６の面１６は、上記光束のなるべく多くを反射し導光手段１０の光出射面１８へ導く。かような構成により、原稿３面までの照度のロスが少なくなり、原稿３面での照度をより向上させることができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態３の導光手段１０では、その光源収納部２０の形状を直方体としている。この場合、
（１）その直方体の高さを高くする、又は、
（２）その直方体の幅を狭くすると、
第３の面１３及び第４の面１４にて放射される光束が多くなり、原稿３面で周部の照度を向上させることができる。

一方、
（３）直方体の高さを低くする、又は、
（４）直方体の幅を大きくすると、
光出射面１８に直接放射される光束が多くなり、原稿３面での中心部の照度を向上させることができる。

このように直方体である光源収納部２０の直方体の形状を変化させることにより、光源５の指向特性に対応して原稿面での照度分布を制御できる。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態４の導光手段１０では、その光源収納部２０の形状を（半）球状としている。発光点が十分に小さい場合、光源５の発光点を球の中心に配置することで、光入射面１７にて全ての光束が垂直に入射する。すると、ここでの屈折による光束の角度変化がなく、等方的な放射角の光線を導光手段１０内に導くことができる。

また、光源５の発光点を球の中心に配置しなくても、導光手段１０内に導かれる光束の放射角度の制御は可能であり、よって、原稿３面での照明照度の均一化も可能である。

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態５の導光手段１０では、その光源収納部２０の形状を円筒面としている。こうすることにより、長軸方向については、実施の形態４と同様の効果が得られ、一方、短軸方向については、独立した効果を得ることができる。

実施の形態６．
図１０は、本発明の実施の形態６に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態６の導光手段１０では、その光源収納部２０の形状を長軸方向に円筒面と直方体との組み合わせとしている。

先ず、実施の形態５と同様の効果を得られるのは明白である。更に、照明照度均一化において、形状の最適化パラメータが増えることになり、よって、設計の自由度が増すことになる。

実施の形態７．
図１１は、本発明の実施の形態７に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態７の導光手段１０では、その光源収納部２０に光源５を複数個配置している。このように複数個配置することにより、照明強度を上げることができる。また、照明を明るくできるので、読み取り速度を早くできる。

実施の形態８．
図１２は、本発明の実施の形態８に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態８の導光手段１０では、その光源収納部２０に赤、緑、青の光源５を配置している。このように配置することにより、３原色の独立した光源を同一の導光手段１０により合成することができる。

なお、上記実施の形態８では３原色について示したが、第４の光源として赤外光源を加えることもできる。

実施の形態９．
図１３（１）は、本発明の実施の形態９に係る画像読取装置にて利用される導光手段１０の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態８の導光手段１０では、その光源収納部２０に赤、緑、青の光源５を配置している。更に、光入射面１８の形状を、各光源５の出射正面方向の光軸上に境界を有する円筒面を複数組み合わせたものとしている。

ところで、光源５が白色で且つ一つのみである場合、光源収納部２０を、図１３（２）のように、２つの円筒面を組み合わせたもの、即ち、円筒面が光源の出射正面方向の光軸上で境界をなすように組み合わせたものとすると、照明照度の均一性が非常によくなることが実験により明らかになった。実施の形態９は、それを更に３原色光源に応用したものである。

このように配置することにより、原稿３面での照明照度の均一性をより向上できる。

実施の形態１０．
図１４（２）は、本発明の実施の形態１０に係る画像読取装置にて利用される導光部の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

図１４（２）の実施の形態１０の導光部は、実施の形態３乃至実施の形態９に示す形状の導光手段１０を、長軸方向に複数個（１０１、１０２、１０３）並べたものである。導光手段を複数個並べることの目的は、個別の導光手段の連結部及びその周辺部による原稿面への照射が、長軸方向の他の部位による照射と、強度に関して均一になるようにすることである（図１４（１））。

つまり、一つの導光手段１０及び一つの光源５による照射強度は、長軸方向の光源５相当部位から乖離するにつれて弱くなる（図４参照）。そこで、構成単位としての導光手段を複数連結することにより、図１４（２）のように、長軸方向の連結部相当部位においても照射強度を弱くならないようにすることができる。このようにして、原稿読み取り領域を長くすることができ、よって、大きな原稿の読み取りが可能になる。なお、導光手段１０の連結面を透明接着剤による接着、あるいは、鏡面に保つことで、散乱による照射強度分布の変化を抑制できるので、連結部での照射強度の均一性を確保できる。

なお、従来は、長尺の原稿を読み取る際には導光手段を原稿の幅相当以上に伸ばすという手法が用いられていた。しかし、この手法では読取領域が長くなっても利用できる光源の数や照度に限界があるため、十分な照明照度を得ることが困難である。

本実施の形態によると、原稿読取領域の長さに応じて、光源と一体になった（構成単位としての）導光手段を並べればよい。そうすることで、原稿面の照明照度が長軸方向に関して略一定に保たれる。長尺の原稿読み取りにも困難は生じない。

例えば、長軸方向長さ３０ｍｍの導光手段を１０個並べると、３００ｍｍの領域の均一照明が可能になり、即ち、Ａ３サイズ原稿の読み取りが可能になる。

実施の形態１１．
図１５（２）は、本発明の実施の形態１１に係る画像読取装置にて利用される導光部の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。

実施の形態１０では、個別の導光手段１０を複数個連結するのに対し、実施の形態１１では、複数個の導光手段に相当する導光部を一体成形により製作する。このことにより、画像読取装置において部品点数を少なくできるとともに組み立て精度も向上できる。

なお、非常に大きい原稿を読み取るような場合には、上記導光部を複数個連結して構成してもよい。

実施の形態１２．
図１６は、本発明の実施の形態１２に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。

実施の形態１２に係る画像読取装置は、図１に示す実施の形態１に係る画像読取装置と、略同様のものである。よって、同一部位には同一符号を付し説明を略する。

実施の形態１２に係る画像読取装置では、光源基板を無くし、センサ基板８に光源５も実装する。そのため、導光手段１０を屈曲させる。

このようにすることにより、光源基板が無くなるため、装置全体の部品点数が削減される。更に、光源５とラインセンサＩＣ７とを同じセンサ基板８上に実装すればよいのであるから、装置の組み立て工程が簡単なものになる。

本発明の実施の形態１に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。本発明の実施の形態１に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面図である。従来例として想定され得る導光手段の長軸方向断面図である。長軸方向の原稿面の照度分布の例である。本発明の実施の形態２に係る画像読取装置にて利用される導光手段の短軸方向（副走査方向）断面図である。従来例として想定され得る導光手段の短軸方向断面図である。本発明の実施の形態３に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。本発明の実施の形態４に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。本発明の実施の形態５に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。本発明の実施の形態６に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。本発明の実施の形態７に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。本発明の実施の形態８に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。本発明の実施の形態９に係る画像読取装置にて利用される導光手段の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。（１）は、本発明の実施の形態１０に係る画像読取装置により形成される原稿読み取り領域の長軸方向における光強度分布である。（２）は、本発明の実施の形態１０に係る画像読取装置にて利用される導光部の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。（１）は、本発明の実施の形態１１に係る画像読取装置により形成される原稿読み取り領域の長軸方向における光強度分布である。（２）は、本発明の実施の形態１１に係る画像読取装置にて利用される導光部の長軸方向（主走査方向）断面形状を示す図である。本発明の実施の形態１２に係る画像読取装置の短軸方向（副走査方向）の断面図である。（１）（イ）は、従来例の導光手段による光線追跡のシミュレーション例であり、（１）（ア）は、（１）（イ）の断面図に対応する原稿面上の照度の模式的グラフである。（２）（イ）は、実施の形態１に係る導光手段による光線追跡のシミュレーション例であり、（２）（ア）は、（２）（イ）の断面図に対応する原稿面上の照度の模式的グラフである。

符号の説明

１筐体、２ガラス、３原稿、４プラテン、５光源、６ロッドレンズアレイ、７ラインセンサＩＣ、８センサ基板、９光源基板、１０導光手段、１１第１の面、１２第２の面、１３第３の面、１４第４の面、１５第５の面、１６第６の面、１７光入射面、１８光出射面、２０光源収納部。

Claims

原稿面に光を照射する一つ又は複数の光源と、
上記光源から発せられた光を透明部材内に進行させて線状の読み取り対象領域に導くように光の入出射を行なう光入射面および光出射面を有する導光手段と、
上記原稿面から反射された光を集光する光学系と、
上記光学系の結像部に設けられ、上記原稿の画像を読み取るセンサとを備える画像読取装置において、
上記導光手段が、上面に上記線状の読み取り対象領域の長軸方向について長い略長方形の上記光出射面を持ち、下面に上記光源を設置する光源収納部を備え、上記光源収納部の壁面を上記光入射面とし、
上記導光手段の側面は、上記導光手段の長軸方向に平行に上記導光手段の短軸方向の厚みをはさんで第１の面および第２の面を有し、上記導光手段の短軸方向に平行に上記導光手段の長軸方向の厚みをはさんで第７の面および第８の面を有し、且つ、上記導光手段の短軸方向に平行に上記導光手段の底面の光源収納部付近から第７の面及び第８の面へ広がって伸展する第３の面及び第４の面を有し、
上記線状の読み取り領域の短軸方向について、
上記光源から発せられ、上記光源収納部を経て、上記導光手段の光入射面から入射された光を上記第１の面および上記第２の面で複数回反射させ上記光出射面に導き、
上記線状の読み取り領域の長軸方向について、
上記光源から発せられ、上記光源収納部を経て、上記導光手段の光入射面から入射された光の内、上記導光手段の上記光出射面で全反射する角度の光の大部分を上記第３の面および上記第４の面で反射させ、上記光出射面に導く構造としたことを特徴とする画像読取装置。
上記導光手段の上記第１の面および上記第２の面について、
上記光源から発せられ、上記光源収納部を経て、上記導光手段の光入射面から入射された光の内、上記第１の面および第２の面で全反射しない角度の光の大部分を全反射させ、上記光出射面に導くための第５の面及び第６の面を設けたことを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
上記導光手段の上記光源収納部の壁面形状が、直方体形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置。
上記導光手段の上記光源収納部の壁面形状が、半球形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置。
上記導光手段の上記光源収納部の壁面形状が、円筒面形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置。
上記導光手段の上記光源収納部の壁面形状が、直方体形状と円筒面形状の組み合わせあることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置。
上記導光手段の上記光源収納部に光源として、複数の光源を収納したことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
上記導光手段の上記光源収納部に光源として、赤、緑、青の光を放出する光源を収納したことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
上記導光手段の上記光源収納部に光源として、複数の光源を長軸方向に配置し、それぞれの光源に対応して上記光入射面を円筒面にしたことを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
上記導光手段を長軸方向で連結したことを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。
上記読み取り領域全体あるいは一部のために、連結された複数の上記導光手段を一体成形により製作することを特徴とする請求項１１に記載の画像読取装置。
上記導光手段の第１の面および第２の面を屈曲させ、上記光源と上記センサを同一の基板上に配置したことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか一つに記載の画像読取装置。