JP2005204272A - 画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低廉に製造可能で省スペース化、省エネルギー化を図ることができる画像読取装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係る画像読取装置は、ランプ２８により照明した原稿Ｓからの反射光を結像レンズ２６でＣＣＤ２７に結像させ、原稿Ｓの画像を読み取るものであって、ＣＣＤ２７から結像レンズ２６を見たときに結像レンズ２６の有効瞳３７の一部に重なる位置に、ランプ２８が設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光源により照明した原稿からの反射光を結像レンズで撮像素子に結像させ、その原稿の画像を読み取る画像読取装置と、この画像読取装置で読み取った画像を用紙等の媒体上に形成する画像形成装置に関する。

従来から、画像読取装置として、例えば図３０に示すようなものが知られている。この画像読取装置１は、読取対象となる原稿Ｓが載置されるコンタクトガラス２と、コンタクトガラス２の下方に設けられて図示を略すモーターの駆動力により副走査方向（矢印Ｙ方向）に走行する第一の走行体３及び第二の走行体４と、結像レンズ５と、主走査方向（矢印Ｘ方向：図３０における紙面垂直方向）に延在する撮像素子としての一次元ＣＣＤ６とを有する。

第一の走行体３には、直接及びリフレクター７を介してコンタクトガラス２に光を照射し、原稿Ｓの読取領域（撮像領域）ｄＳを照明する光源としてのランプ８と、折返しミラー９とが設けられている。第二の走行体４には、２つの折返しミラー１０，１１が設けられている。ランプ８及び折返しミラー９，１０，１１は、いずれも主走査方向に延在する。

ランプ８の照明光は、原稿Ｓで反射された後にコンタクトガラス２を透過し、折返しミラー９、折返しミラー１０及び折返しミラー１１で反射され、結像レンズ５によりＣＣＤ６に結像される。この処理が走行体３，４が副走査方向に走行しながら繰り返し行われ、微小な読取領域の画像が順次蓄積されることにより、原稿Ｓの画像全体がＣＣＤ６に二次元的に取得されるようになっている。

ところで、この画像読取装置１では、第一の走行体３にランプ８やリフレクター７が搭載されているので、第一の走行体３において部品の取付精度や耐久性、電源の導入等が要求されてコストがかかるとともに、第一の走行体３が大きく重くなるので走行速度の高速化や省スペース化が容易でないという問題があった。

また、ランプ８やリフレクター７が第一の走行体３に搭載されて原稿Ｓの近くにあるので、原稿Ｓからの反射光が再度リフレクター７等に反射されて原稿Ｓを照射し、フレアが発生するという問題があった。

これに対し、特許文献１乃至特許文献４に記載されているように、光源やリフレクターを第一の走行体から除いて上記諸問題に対応した画像読取装置も提案されている。しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載の画像読取装置では、
（１）光源が原稿から離れた位置に独立してあるので、撮像に必要な照明光量を確保する ために光源の出力を高めるかレンズ等を用いた集光が必要となり、コストアップの 要因が生じる
（２）画像読取装置の内部構造のレイアウト上、光源が結像レンズの下方に配置されてい るが、これにより画像読取装置自体の高さ寸法（図３０における矢印Ｚ方向の寸法 ）が嵩み、第一の走行体から光源等を除いたことによる小型化が減殺されてしまうという問題があった。また、特許文献３に記載の画像読取装置では、
（３）ハーフミラーの使用によりコストがかかるほか、照明光がハーフミラーによって出 射時（原稿へ向かうとき）及び入射時（原稿から戻るとき）にそれぞれ１／２とな り、最終的には有効照明光量を当初の１／４しか得られずエネルギーロスが大きいという問題があり、さらに、特許文献４に記載の画像読取装置や、この画像読取装置における光源及び撮像素子と類似の光源及び撮像素子を有する特許文献５に記載のスキャナでは、
（４）光源が撮像素子に隣接して設けられていることから、撮像素子の周囲に光源設置用 のスペースが必要であるとともに、光源と結像レンズとの位置関係が結像レンズと 撮像素子との位置関係により規定されて光源が結像レンズから離間することによっ て、光源からの照明光が結像レンズに十分に入射し難い
という問題があった。
特開２０００−２５０１４６号公報 特開２０００−２５３２１３号公報 特開平９−５１４０５号公報 特開平１０−１９０９９０号公報 特開平１１−３３１４９５号公報

本発明は、上記の問題に鑑みて為されたもので、低廉に製造可能で省スペース化、省エネルギー化を図ることができる画像読取装置と、この画像読取装置を有する画像形成装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、光源により照明した原稿からの反射光を結像レンズで撮像素子に結像させ、前記原稿の画像を読み取る画像読取装置であって、前記撮像素子から前記結像レンズを見たときに該結像レンズの有効瞳の一部に重なる位置に前記光源が設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像読取装置において、前記光源及び前記撮像素子が長尺状を呈して同一方向に延在することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の画像読取装置において、前記原稿の濃度が一定であるときの前記撮像素子の長手方向に沿った受光量が一様となるように、前記光源の長手方向に沿った発光量が前記結像レンズの像高に対する明るさに応じて設定されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像読取装置において、前記光源及び前記撮像素子が前記結像レンズの母線上に設けられていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の画像読取装置において、前記光源が前記母線上に複数設けられていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載の画像読取装置において、前記光源が前記結像レンズにおいて反射された照明光を遮光する位置に設けられていることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の画像読取装置において、前記結像レンズにおいて反射された照明光を遮光する遮光部材が前記光源と前記撮像素子との間に設けられていることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像読取装置において、前記結像レンズに前記光源からの照明光の反射を低減させる減反射コーティングが施されていることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の画像読取装置において、前記原稿に対して前記光源からの照明光が斜めに入射するとともに、前記原稿からの反射光が斜めに出射することを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の画像読取装置において、前記光源の前記結像レンズ側近傍に凸レンズが設けられていることを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の画像読取装置において、前記光源の前記結像レンズ側近傍にフレネルレンズが設けられていることを特徴とする。

請求項１２に係る発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の画像読取装置において、前記光源がＲＧＢの各色の光を発光可能であるとともに、該ＲＧＢの各色の光の前記原稿による反射光を前記撮像素子が受光可能であることを特徴とする。

請求項１３に係る発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の画像読取装置において、前記光源が透明基板と該透明基板上に設けられた点状の発光素子とを有することを特徴とする。

請求項１４に係る発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の画像読取装置において、前記光源が発光素子及び該発光素子の発光を導く導光部を有して該導光部からの出射光により前記原稿を照明するとともに、前記撮像素子から前記結像レンズを見たときに該結像レンズの有効瞳に重ならない位置に前記発光素子が設けられていることを特徴とする。

請求項１５に係る発明は、請求項１４に記載の画像読取装置において、前記導光部が透明部材からなるクラッド層と該透明部材よりも屈折率の高い他の透明部材からなるコア層とから構成され、該コア層から前記出射光が出射されることを特徴とする。

請求項１６に係る発明は、請求項１４又は請求項１５に記載の画像読取装置において、前記導光部の前記出射光を出射する出射口に対向する位置に前記発光素子の発光を拡散する拡散面が設けられていることを特徴とする。

請求項１７に係る発明は、請求項１６に記載の画像読取装置において、反射面からなる四角錐が複数並設されて前記拡散面が形成されていることを特徴とする。

請求項１８に係る発明は、請求項１６に記載の画像読取装置において、前記発光素子から前記出射口に向かって傾斜する反射面によって前記拡散面が形成されていることを特徴とする。

請求項１９に係る発明は、請求項１８に記載の画像読取装置において、前記反射面の表面が鋸刃状を呈していることを特徴とする。

請求項２０に係る発明は、光源により照明した原稿からの反射光を結像レンズで撮像素子に結像させ、前記原稿の画像を読み取る画像読取装置であって、前記撮像素子から前記結像レンズを見たときに該結像レンズの有効瞳に重ならない位置に前記光源が設けられるとともに、前記有効瞳の一部に重なる位置に前記光源からの照明光の反射面が設けられていることを特徴とする。

請求項２１に係る発明は、請求項２０に記載の画像読取装置において、前記光源の前記反射面側近傍に凸レンズが設けられていることを特徴とする。

請求項２２に係る発明は、請求項２０に記載の画像読取装置において、前記光源の前記反射面側近傍にフレネルレンズが設けられていることを特徴とする。

請求項２３に係る発明は、請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載の画像読取装置を有する画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、撮像素子から結像レンズを見たときにこの結像レンズの有効瞳の一部に重なる位置に光源が設けられているので、走査用の走行体を設ける場合であっても光源を走行体に搭載する必要がなく、コストの低減やフレアの防止を図ることができる。

また、光源が結像レンズと撮像素子との間の本来的には光路として利用される領域に設けられているので、光源設置用のスペースを撮像素子の周囲に改めて確保する必要がなく、省スペース化を図ることができる。

さらに、光源が撮像素子から見て結像レンズの有効瞳の一部に重なる位置にあることにより、光源からの照明光は結像レンズに相当光量が入射し、これにより照明効率を高めて省エネルギー化を図ることができる。このとき、照明光学系（原稿への照明光が通過する光学系）として読取光学系（原稿からの反射光が通過する光学系）を利用することができるので、照明専用のレンズやハーフミラー等を別途設ける必要がなく、コストアップの要因を排除することができる。

本発明によれば、画像読取装置を低廉に製造可能で、その省スペース化、省エネルギー化を図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、本実施例に係る画像読取装置を示す。この画像読取装置２０は、ケース２１と、コンタクトガラス２２と、第一の走行体２３と、第二の走行体２４と、モーター２５と、結像レンズ２６と、撮像素子としての一次元ＣＣＤ２７と、光源としてのランプ２８とを有する。

コンタクトガラス２２は箱状のケース２１の上面に設けられ、このコンタクトガラス２２には読取対象となる原稿Ｓが載置される。第一の走行体２３及び第二の走行体２４はコンタクトガラス２２の下方に副走査方向（矢印Ｙ方向）に移動可能に設けられ、同方向に延在するスキャンベルト２９に固着されている。スキャンベルト２９の両端は滑車３０，３１に架設され、モーター２５の出力が伝達ベルト３２により滑車３０に伝達されて滑車３０が回転することにより、スキャンベルト２９が走行して第一の走行体２３及び第二の走行体２４が副走査方向に走行するようになっている。また、第一の走行体２３には折返しミラー３３が設けられ、第二の走行体２４には折返しミラー３３に対向する折返しミラー３４と、折返しミラー３４に対向する折返しミラー３５とが設けられている。

結像レンズ２６はその第二の走行体２４の折返しミラー３５に対向するように設けられ、ＣＣＤ２７は結像レンズ２６の結像位置に設けられている。ＣＣＤ２７は複数のＣＣＤ画素が一列をなして構成され、このＣＣＤ２７及び上記折返しミラー３３，３４，３５は長尺状を呈して主走査方向（Ｘ方向）に延在している。

ランプ２８は長尺状の小型蛍光灯（例えばバックライト用蛍光灯）又はＬＥＤ等により構成され、結像レンズ２６とＣＣＤ２７との間において主走査方向に延在するように設けられている。図３に示すように、ランプ２８は結像レンズ２６のＣＣＤ２７側の視野３６に入るように、すなわち、ＣＣＤ２７から見て結像レンズ２６の有効瞳３７の一部に重なるように設置されており、図４に示すようにランプ２８が結像レンズ２６の母線Ｏ上に位置すれば、照明光軸（照明光学系の光軸）と読取光軸（読取光学系の光軸）とが正確に一致し、原稿面（＝コンタクトガラス２２の表面４１）上における照度分布のピーク位置と読取領域とが一致して好ましい。

また、ランプ２８がＣＣＤ２７から見て有効瞳３７を遮る割合は５０％以下で小さい方が望ましく、ランプ２８の後方には図５、図６に示すように棒状の遮光部材３８や板状の遮光部材３９を設けることが望ましい。遮光部材３８，３９は、ランプ２８からの照明光が結像レンズ２６に反射されて母線Ｏ上に結像し、これがＣＣＤ２７に入射してノイズとなりダイナミックレンジやＳ／Ｎ比が低下するのを防止するためのもので、遮光部材３８は母線Ｏ上の特定箇所に到達する反射光をカットし、遮光部材３９は母線Ｏ上に到達する反射光を広く全体的にカットする。このような遮光は、図７に示すように遮光部材によらず母線上に配置したランプ２８そのもので行ってもよく、これにより部品点数の削減を図ることができる。なお、このときランプ２８の表面を艶消し黒塗装面等にすればより高い遮光効果を得ることができる。あるいは、図８に示すように、結像レンズ２６を構成するレンズのＣＣＤ２７側の面（特にＣＣＤ２７側の凹面）に照明光の反射を低減させる減反射コーティング４０を施し、上記遮光に代えても、又は上記遮光と併用してもよい。

この画像読取装置２０では、ランプ２８から出射した照明光束は、結像レンズ２６を経て折返しミラー３５、折返しミラー３４及び折返しミラー３３により反射されてコンタクトガラス２２を透過し、原稿Ｓを照明する。この原稿Ｓによる反射光は、コンタクトガラス２２を再度透過して折返しミラー３３、折返しミラー３４及び折返しミラー３５により反射されて結像レンズ２６に導かれ、ＣＣＤ２７に結像されて読み取られる。この一連の処理を、原稿面に対する結像位置がＣＣＤ２７上に保たれるように第一の走行体２３及び第二の走行体２４が副走査方向に走行して行うことにより、原稿Ｓの二次元的画像を撮像することができる。

ところで、画像読取装置２０ではランプ２８が結像レンズ２６とＣＣＤ２７との間にあるとともに、その結像レンズ２６が原稿Ｓの像をＣＣＤ２７上に形成するように設けられているので、ランプ２８の照明光は、原稿Ｓの読取範囲（撮像範囲）を含み、かつ、この読取範囲よりもやや広い領域を照明する。よって、特にランプ２８の発光の指向性が高い場合には、ランプ２８からの照明光は結像レンズ２６に相当光量が入射した後に読取範囲近傍に集まり、これにより照明効率を大幅に向上させてランプ２８の出力を抑制することが可能となる。例えば現在一般的に使用されている１ラインＣＣＤの６００ｄｐｉモノクロスキャナについて言えば、副走査方向に必要な照明幅（読取範囲）は４２．３μｍであるのに対して実際には２０ｍｍ程度の幅を照明しており、その照明効率を単純に算出すると０．５％程度に過ぎない。これに対し、本実施例ではその照明幅を、読取範囲を十分覆うように、４２．３μｍよりもやや広い程度まで小さくすることができる。例えば照明幅を２００μｍ程度とすれば、照明効率を２０％程度に高めることができる。また、３ラインＣＣＤ（４画素ピッチタイプ）の６００ｄｐｉフルカラースキャナであれば、読取範囲は３８０．７μｍ（４２．３μｍ×９）であり、本実施例では照明幅を３８０．７μｍよりもやや広い程度（例えば、１ｍｍ）とすることができる。

一方、原稿Ｓの照明光は原稿Ｓの画像濃度に応じて反射され、照明光学系と共用の読取光学系を経て結像レンズ２６に戻ってくるので、たとえ光学系の途中が設計値（理論値）通りでなくても原稿Ｓからの反射光は結像レンズ２６に到達してＣＣＤ２７上に正確に結像する。この際、反射光の光路中にはランプ２８が設置されているが、このランプ２８はＣＣＤ２７から見た投影面積がさほど大きくなければＣＣＤ２７の撮像に実質的に影響するものではなく、ランプ２８を例えば結像レンズ２６に近づけたり、図９に示すように透明基板４２上に点状の発光素子４３を並べて構成したりすれば、その投影面積を一層小さくすることができる。

ランプ２８の他の態様としては、例えばランプ単体をより小さくしつつ照明光量を確保するために図１０に示すようにそれを複数設けたり、図１１に示すように発光素子４４と導光部４５とを設けたり、図１２に示すようにＲＧＢ各色の発光素子４６，４７，４８を設けたりしてもかまわない。

図１０において、ランプ２８は母線Ｏ上に二つ並べて設けられ、結像レンズ２６側のランプ２８の照明光は、そのほとんどが結像レンズ２６に入射する。一方、ＣＣＤ２７側のランプ２８の照明光は、その一部が結像レンズ２６側のランプ２８によって遮られるが、それ以外の光はほとんどが結像レンズ２６に入射する。このような構成では、ＣＣＤ２７側からは二つのランプ２８が重なって見えるので、ＣＣＤ２７の視野を狭めることなく、つまり、ＭＴＦの特性や明るさの低下を招くことなく、複数の光源により照明光強度を上げることができる。また、二つのランプ２８がともに母線Ｏ上にあることにより、光源の追加によっても原稿面上における照度分布のピーク位置と読取領域との良好な関係を保つことができる。

図１１において、ランプ２８は、視野３６の外部に設けられたＬＥＤからなる発光素子４４と、この発光素子４４からの光を導く導光部４５とを備える。発光素子４４は導光部４５の長手方向一端に設けられ、発光素子４４の発光は導光部４５の内部に形成された導光路４９を反射や屈折により通過した後、導光部４５の結像レンズ２６側に形成された出射口５０を経て結像レンズ２６に入射する。このとき、出射口５０から出射する照明光束は主走査方向に延び母線Ｏを光軸とする光束であることが望ましく、主走査方向に沿って均一な明るさであることが（さらには、実施例４におけるように補正されていればなお）望ましい。このような構成では、たとえ照明光量等の関係で発光素子４４にある程度の大きさが必要であっても、導光部４５の視野３６の内部にある部位さえ小さくしておけばＭＴＦ特性の悪化等を回避することができる。逆に、導光部４５の視野３６の内部にある部位については、発光素子４４の大きさとはある程度無関係に形状設計することが可能であるから、例えば図１１に二点鎖線で示すようにより小さく薄くする方が好ましい。

なお、導光部４５の発光素子４４が設けられていない長手方向他端には反射面６１（図１４参照）を設けてもよいし、発光素子４４を導光部４５の長手方向両端に設けて照明光の左右のバランスを取ってもよい。さらに、発光素子４４の近傍にミラーを設けて発光素子４４からの発光を効率よく導光部４５に導くようにしてもよく、結像レンズ２６により反射された照明光のＣＣＤ２７側へのシェーディング機能（図５乃至図７参照）を導光部４５の内部構成（例えば導光路４９にミラーを設ける場合には、そのミラーのレイアウト）や出射口５０の形状により実現してもかまわない。

また、ランプ２８は導光部４５に図１３、図１４に示すようなクラッド層５５及びコア層５６を有してこれらを導光路４９とするようなものでもよい。このランプ２８では、断面矩形状（図１３参照）又は断面円形状（図１４参照）のコア層５６の外周を覆うクラッド層５５を外周からさらにコア層５６が覆い、そのコア層５６の外周をクラッド層５５が再度覆うように、クラッド層５５とコア層５６とが交互に設けられるとともに、クラッド層５５の結像レンズ２６側が一部開口して出射口５０となっている。

クラッド層５５及びコア層５６はともに透明な部材からなるが、クラッド層５５を構成する部材よりもコア層５６を構成する部材の方が屈折率が高くなるようになっている。例えば、プラスチック光ファイバでは、コア層５６の部材をアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）とし、クラッド層５５の部材をフッ素系樹脂とする。あるいは、コア層５６の部材を石英ガラス等のガラス系とし、クラッド層５５の部材をフッ化アクリレート樹脂等のプラスチック系としてもよい。また、両部材をガラス系としてももちろんかまわない。このようにクラッド層５５よりもコア層５６の方が屈折率が高いので（典型的な屈折率は例えばクラッド層が１．４６で、コア層が１．４７である。）、コア層５６からクラッド層５５に向かう光はその入射角が所定の角度（臨界角）よりも小さいときは全反射することとなる。したがって、発光素子４４の発光は全反射しながら導光路４９を通過した後、コア層５６から出射口５０を経て効率よく線状に結像レンズ２６に入射する。

また、コア層５６の出射口５０に対向する面（結像レンズ２６側と逆側、すなわちＣＣＤ２７側の面）には拡散面５７が形成されている。この拡散面５７は例えば図１５に示すように反射面５８からなる小さい四角錐５９が複数並設されて（例えば出射口５０の対向する面が高さ方向略１ｍｍ幅とすれば底面の一辺が略３０μｍの四角錐５９が３列に並設されて）形成されていたり、図１６に示すように２つの反射面５８が長手方向両端のランプ２８の近傍からそれぞれ出射口５０の長手方向中央に向かって傾斜して形成されていたりしても（さらに図１７に示すように各反射面５８の表面が凹凸となり鋸刃状を呈していても）かまわない。反射面５８は例えば光反射率の高い金属（銀やアルミニウム等）の微粒子が塗布されてなる。また、反射面５８（又は反射面５８の表面の鋸刃状を形成する各面６０）の傾斜角度を例えば出射口５０に対向する面に対して略４５°として、発光素子４４の発光を導光部４５の長手方向と略垂直に結像レンズ２６側に（副走査方向に）出射するようにしてもよい。なお、反射面５８（又は各面６０）の傾斜角度は４５°に限定されるものではなく、例えば発光素子４４を出射口５０に対向する面に対して略４５°の傾きを持たせてもかまわないし（図１３、図１４、図１６、図１７参照）、必要に応じて任意の角度として出射口５０から効率よく照明光を出射するようにするのが好ましい。このような構成では、出射口５０から上下左右に均等に効率よく照明光が出射される。

図１２において、ランプ２８は、視野３６の外部に設けられたＬＥＤからなりＲＧＢの各色を発光する発光素子４６，４７，４８と、導光部４５と同様の構成を有して発光素子４６，４７，４８からの光を導く導光部５１とを備える。発光素子４６，４７，４８の発光は導光部５１の内部に形成された導光路５２を反射や屈折により通過した後、導光部５１の結像レンズ２６側に形成された出射口５３を経て結像レンズ２６に入射する。このような構成では、ＲＧＢの各発光素子４６，４７，４８が線順次に点灯してＣＣＤ２７が原稿画像の色分解を行うが、その一次元ＣＣＤ２７としてＲＧＢの各色に対応した３ラインＣＣＤを使用せずに１ラインＣＣＤを使用することにより、低コストでコンパクトな構成でカラー画像を読み取ることが可能となる。さらに、設置位置の異なる３つの発光素子による照明光を同一面（出射口５３）から出射することができるので、ＲＧＢ画像を読み取る上でのばらつき・照度むら等が生じ難くなって原稿画像を高品位に読み取ることができる。なお、図１８に示すように発光素子４６，４７．４８を配置してもよいし、さらに例えば既述のクラッド層５５及びコア層５６を備えた構成を組み合わせてももちろんよい。

本実施例によれば、ＣＣＤ２７から結像レンズ２６を見たときにその有効瞳３７の一部に重なる位置にランプ２８が設けられているので、光源を走行体２３，２４に搭載する必要がなく、コストの低減やフレアの防止を図ることができる。

また、ランプ２８が結像レンズ２６とＣＣＤ２７との間の本来的には光路として確保されている領域に設けられているので、光源設置用のスペースをＣＣＤ２７の周囲に改めて確保する必要がなく、省スペース化を図ることができる。

さらに、ランプ２８がＣＣＤ２７から見て結像レンズ２６の有効瞳３７の一部に重なる位置にあることにより、既述のように照明効率を高めて省エネルギー化を図ることができる。

本実施例では、照明光軸及び読取光軸が原稿Ｓに対して斜めに設定され、他については実施例１と同様である。図１９は、本実施例に係る画像読取装置の光学系の概略構成を示し、この画像読取装置では、照明光軸及び読取光軸である光軸Ｏ1とコンタクトガラス２２の法線Ｎとが所定角度αをなすように折返しミラー３３が設置されている。

ところで、スキャナにおける照明では、通常、読取光軸が原稿面の法線（法線Ｎが相当）と平行であるとともに照明光軸と３０〜４５°の角度をなし、図２０に示すように原稿Ｓに段差ｔがあった場合（例えば原稿Ｓに付箋が貼られている場合）にその段差を読み取らないようになっている。ところが、このように読取光軸が原稿面の法線と一致すると、原稿の光沢度（表面平滑度）によっては照明光の正反射成分がそのまま検出され、画像の読取品質が劣化してしまうことがある（例えば原稿が黒かったとしても、原稿の光沢度が高い場合には正反射成分により白い原稿と認識してしまうおそれがある。）。

これに対し、本実施例では、ランプ２８からの照明光が原稿Ｓに対して斜めに入射してその正反射成分が光軸Ｏ1とは異なる光軸Ｏ2の方向に進行し、光軸Ｏ1の方向には拡散反射成分のみが戻ってくるので、ＣＣＤ２７の入射光量が原稿の光沢度の影響を受けなくなって原稿濃度の正確な読取りが可能となる。ただし、上述したような段差のある原稿については一定の影響が生じ得るから、ＣＣＤ２７がなるべく段差を読み取らない角度としてαは１５°≦α≦２２．５°を満たすことが望ましく、このαが小さくなるように折返しミラー３３を寝かせることによって、画像読取装置の高さ寸法（図１における矢印Ｚ方向の寸法）を低く抑えることができる。

本実施例では、ランプ２８の結像レンズ２６側に凸レンズが設けられ、他については実施例１と同様である。図２１は、本実施例に係る画像読取装置の光学系の概略構成を示し、この画像読取装置では、ランプ２８の結像レンズ２６側近傍に側面視凸状のシリンドリカルレンズ５４が設置されている。シリンドリカルレンズ５４はランプ２８の照明光をあたかもＣＣＤ２７から出射されたかのように変換するもので、つまり、このシリンドリカルレンズ５４の曲率及び設置位置は、ランプ２８からの照明光が凸レンズで屈折したときに照明光の仮想発光点がＣＣＤ２７の近傍となるように設計されている。

この実施例に係る画像読取装置では、原稿面から見て照明光の発光点が見かけ上ＣＣＤ２７に変換されるので、照明光は結像レンズ２６の結像作用により原稿面で結像し、照度分布のピークが原稿面に一層絞られた効率的な照明を行うことができる。また、原稿面において読取位置を照らさない不要な光も減少するので、フレアの発生をより効果的に抑制することができ、さらにはシリンドリカルレンズ５４のパワーを利用することによりランプ２８を結像レンズ２６に近づけてＣＣＤ２７の視野を拡大することも（結像レンズ２６の有効瞳径を拡大することも）容易である。

また、シリドリカルレンズ５４のような凸レンズの代わりに、図２２に示すようなフレネルレンズ６２を設けて、ランプ２８からの照明光の仮想発光点がＣＣＤ２７の近傍となるようにしてもよい。このとき、なるべくレンズを薄くするためにはフレネルレンズ６２のフレネル面はより細かい構造を有する方が好ましい。

ところで、フレネルレンズ６２を用いる場合は、パワーが強いレンズであることが必要となる。しかしながら、パワーの強いフレネルレンズを用いるとランプ２８における結像点がフレネルレンズの球面収差により平面とならない。そこで、例えば図９に示すようなランプ２８であれば、例えば図２３に示すように点状の発光素子４３を並べた透明基板４２に長手方向にフレネルレンズの球面収差を補正するような曲率の曲面を持たせることで、フレネルレンズの球面収差の影響を排除することができる。なお、ランプ２８が図１１、図１２に示すような形態であるときも同様に補正することができる。

なお、シリンドリカルレンズ、フレネルレンズは図２１、図２２に示すようにランプ２８と別体で設けてもよいが、例えばランプ２８が図１１、図１２に示すような形態のときには導光部４５，５１と一体に設けてもかまわない（導光部４５と一体に設けた例を図２４に示す。）。このような構成では、コンパクトな光学系を実現することができる。

図２５に示すように、一般にレンズの明るさは像高によって変化するが、本実施例ではこの像高による結像レンズ２６の明るさの変化をランプ２８で補正する。本実施例に係る画像読取装置では、ランプ２８の発光特性以外は実施例１におけると同様であり、ランプ２８の照明光は結像レンズ２６を計２回通過することになる。したがって、図２５の曲線における像高に対するレンズの明るさを表わす係数（一般にｃｏｓ４乗則と呼ばれる。）を、像高ごとに２乗したものを補正係数として（図２６）、ランプ２８の像高ごとの発光量を補正する。

具体的な補正方法としては、例えばランプ２８が出射口５０，５３のように開口部を有する場合には、その開口部のサイズを像高ごとに変化させてもかまわないし、ランプ２８に像高ごとに透過率を変化させたＮＤフィルタ等の半透過性素子を貼着してもよい。あるいは、ランプ２８がＬＥＤを連続的又は断続的に設置してなる場合には、ＬＥＤの設置密度を変化させてもよいし、発光量の異なるＬＥＤを選択して設置してもかまわない。

この実施例に係る画像読取装置では、ランプ２８の像高ごとの明るさを、結像レンズ２６の像高ごとの明るさ係数を２乗した係数で補正し設定しているので、結像レンズの構成レンズ間に通常設けられるシェーディング板等によるシェーディング補正を行うことなく、ＣＣＤ２７に入射する光を主走査方向に沿って一様にすることができる。さらに、このような構成によって結像レンズ２６の有効瞳を最大限に使うことが可能となるので、ピント等の調整幅が高まり画像の読取品質を向上させることができる。

本実施例では、実施例１のランプ２８の代わりに視野３６に入るように反射面としての折返しミラーが設けられるとともに、ランプ２８が視野３６の外部に設けられ、他については実施例１と同様である。図２７は、本実施例に係る画像読取装置の光学系の概略構成を示し、この画像読取装置では、折返しミラー６４が結像レンズ２６とＣＣＤ２７との間において主走査方向に延在するように設けられている。折返しミラー６４は結像レンズ２６のＣＣＤ２７側の視野３６に入るように、すなわち、ＣＣＤ２７から見て結像レンズ２６の有効瞳３７の一部に重なるように設置されており、結像レンズ２６の母線Ｏ上に位置してもよい。折返しミラー６４は水平面に対して例えば略４５°の傾斜角度を持って結像レンズ２６側に立ち上がっている。

ランプ２８は折返しミラー６４の上方で折返しミラー６４に対向するように設けられ、結像レンズ２６の有効瞳３７に重ならない位置に設置されている。さらに、ランプ２８の折返しミラー６４側には上述のシリンドリカルレンズ５４、フレネルレンズ６２等が設けられていてもよい。この画像読取装置では、ランプ２８からの照明光はフレネルレンズ６２等を経て折返しミラー６４により副走査方向へと反射されて結像レンズ２６に入射する。

このような構成では、折返しミラー６４はＣＣＤ２７から見て有効瞳３７を遮る割合は５０％以下で小さい方が望ましい。一方、ランプ２８やフレネルレンズ６２は原稿Ｓからの反射光の光路を遮らない程度の大きさまで許容され、ランプ２８を視野３６の内部に設けるよりもランプ２８等の大きさの制限が緩くなり、照明光量等との関係においても有利となる。

以上、本発明を実施するための形態を説明したが、本発明の実施は上述した形態に限られるものではない。

例えば、上記形態では画像読取装置を図１に示すようなフラットヘッドスキャナとし、コンタクトガラス２２上にセットされた画像を下方から読み取ることとしたが、これでは図２８に示すようにブック原稿（本のように見開きの原稿）の画像を読み取ろうとしたときに画像中央部がコンタクトガラス２２から浮いてしまい、その部分に照明光が届かないので読取画像が暗くなってしまう。そこで、図２９に示すように結像レンズ２６、ＣＣＤ２７及びランプ２８が原稿Ｓの上方で走査するような構成とし、原稿Ｓの画像を上方から読み取ることとしてもよい。あるいは、本発明は画像読取装置単体のみに適用し得るものではなく、画像読取装置を備え、かつ、この画像読取装置で読み取った画像を用紙等の媒体に転写する複写機等の画像形成装置に適用してもよい。

また、上記形態では光源を主走査方向に延びる長尺状のものとしたが、点状や面状に発光する光源を用いてもかまわない。ただし、上記のように線状発光する光源を用いることにより、点状発光する光源を用いる場合に比べて照明ムラを小さくすることができ、より高品位に原稿の画像を読み取ることができる。

発明を実施するための最良の形態に係る画像読取装置を示す説明図である。 図１の画像読取装置の光学系を示す説明図である。 （Ａ）は図１の画像読取装置における結像レンズ、ランプ及びＣＣＤの位置関係を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。 ランプが結像レンズの母線上にある例を示す側面図である。 ランプとＣＣＤとの間に棒状の遮光部材が設けられた例を示す側面図である。 （Ａ）はランプとＣＣＤとの間に板状の遮光部材が設けられた例を示す側面図、（Ｂ）はその斜視図である。 結像レンズにより反射された照明光を遮光する位置にランプが設けられた例を示す側面図である。 結像レンズにランプからの照明光の反射を低減させる減反射コーティングが施された例を示す側面図である。 ランプが透明基板及び発光素子からなる例を示す斜視図である。 ランプが結像レンズの母線上に複数設けられた例を示す側面図である。 ランプが発光素子及び導光部からなる例を示す平面図である。 ランプがＲＧＢ各色の光を発してＣＣＤがカラー画像を読取可能な例を示す平面図である。 （Ａ）はランプがクラッド層及びコア層を有する例を示す正面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ位置における断面図、（Ｃ）はそのＢ−Ｂ位置における断面図である。 （Ａ）はランプがクラッド層及びコア層を有する他の例を示す正面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ位置における断面図、（Ｃ）はそのＢ−Ｂ位置における断面図である。 （Ａ）はランプの拡散面の例を示す拡大図、（Ｂ）はそのランプの断面を示す右側面図である。 （Ａ）他の拡散面を備えたランプの断面を示す平面図、（Ｂ）はそのランプの断面を示す右側面図である。 （Ａ）さらに他の拡散面を備えたランプの断面を示す平面図、（Ｂ）はそのランプの断面を示す右側面図である。 ＲＧＢ各色の光を発するランプの他の例を示す説明図である。 照明光軸及び読取光軸が原稿面に対して斜めである例を示す説明図である。 原稿に段差がある場合を示す説明図である。 ランプの結像レンズ側近傍にシリンドリカルレンズが設けられた例を示す説明図である。 ランプの結像レンズ側近傍にフレネルレンズが設けられた例を示す説明図である。 図９のランプがフレネルレンズの球面収差を補正する曲率の曲面を備えた例を示す斜視図である。 フレネルレンズが図１１のランプに一体に設けた例を示す平面図である。 レンズの明るさについての一般的光学特性を示す説明図である。 図２５に基づいて決定された補正係数を示す説明図である。 （Ａ）は結像レンズととＣＣＤとの間に折り返しミラーが設けられた例を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。 読取対象がブック原稿である場合を示す説明図である。 ブック原稿の読取りに好適な画像読取装置の他の例を示す斜視図である。 従来の画像読取装置の光学系を示す説明図である。

符号の説明

２０ 画像読取装置
２６ 結像レンズ
２７ 一次元ＣＣＤ（撮像素子）
２８ ランプ（光源）
３７ 有効瞳
３８，３９ 遮光部材
４０ 減反射コーティング
４２ 透明基板
４３ （点状の）発光素子
４４，４６〜４８ 発光素子
４５，５１ 導光部
５０ 出射口
５４ シリンドリカルレンズ（凸レンズ）
５５ クラッド層
５６ コア層
５７ 拡散面
５８ 反射面
５９ 四角錐
６２ フレネルレンズ
６４ 折返しミラー（反射面）
Ｏ 母線
Ｓ 原稿

Claims (23)

1. 光源により照明した原稿からの反射光を結像レンズで撮像素子に結像させ、前記原稿の画像を読み取る画像読取装置であって、
   前記撮像素子から前記結像レンズを見たときに該結像レンズの有効瞳の一部に重なる位置に前記光源が設けられていることを特徴とする画像読取装置。
2. 請求項１に記載の画像読取装置において、
   前記光源及び前記撮像素子が長尺状を呈して同一方向に延在することを特徴とする画像読取装置。
3. 請求項２に記載の画像読取装置において、
   前記原稿の濃度が一定であるときの前記撮像素子の長手方向に沿った受光量が一様となるように、前記光源の長手方向に沿った発光量が前記結像レンズの像高に対する明るさに応じて設定されていることを特徴とする画像読取装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像読取装置において、
   前記光源及び前記撮像素子が前記結像レンズの母線上に設けられていることを特徴とする画像読取装置。
5. 請求項４に記載の画像読取装置において、
   前記光源が前記母線上に複数設けられていることを特徴とする画像読取装置。
6. 請求項４又は請求項５に記載の画像読取装置において、
   前記光源が前記結像レンズにおいて反射された照明光を遮光する位置に設けられていることを特徴とする画像読取装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の画像読取装置において、
   前記結像レンズにおいて反射された照明光を遮光する遮光部材が前記光源と前記撮像素子との間に設けられていることを特徴とする画像読取装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像読取装置において、
   前記結像レンズに前記光源からの照明光の反射を低減させる減反射コーティングが施されていることを特徴とする画像読取装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の画像読取装置において、
   前記原稿に対して前記光源からの照明光が斜めに入射するとともに、前記原稿からの反射光が斜めに出射することを特徴とする画像読取装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の画像読取装置において、
    前記光源の前記結像レンズ側近傍に凸レンズが設けられていることを特徴とする画像読取装置。
11. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の画像読取装置において、
    前記光源の前記結像レンズ側近傍にフレネルレンズが設けられていることを特徴とする画像読取装置。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の画像読取装置において、
    前記光源がＲＧＢの各色の光を発光可能であるとともに、該ＲＧＢの各色の光の前記原稿による反射光を前記撮像素子が受光可能であることを特徴とする画像読取装置。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の画像読取装置において、
    前記光源が透明基板と該透明基板上に設けられた点状の発光素子とを有することを特徴とする画像読取装置。
14. 請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の画像読取装置において、
    前記光源が発光素子及び該発光素子の発光を導く導光部を有して該導光部からの出射光により前記原稿を照明するとともに、前記撮像素子から前記結像レンズを見たときに該結像レンズの有効瞳に重ならない位置に前記発光素子が設けられていることを特徴とする画像読取装置。
15. 請求項１４に記載の画像読取装置において、
    前記導光部が透明部材からなるクラッド層と該透明部材よりも屈折率の高い他の透明部材からなるコア層とから構成され、該コア層から前記出射光が出射されることを特徴とする画像読取装置。
16. 請求項１４又は請求項１５に記載の画像読取装置において、
    前記導光部の前記出射光を出射する出射口に対向する位置に前記発光素子の発光を拡散する拡散面が設けられていることを特徴とする画像読取装置。
17. 請求項１６に記載の画像読取装置において、
    反射面からなる四角錐が複数並設されて前記拡散面が形成されていることを特徴とする画像読取装置。
18. 請求項１６に記載の画像読取装置において、
    前記発光素子から前記出射口に向かって傾斜する反射面によって前記拡散面が形成されていることを特徴とする画像読取装置。
19. 請求項１８に記載の画像読取装置において、
    前記反射面の表面が鋸刃状を呈していることを特徴とする画像読取装置。
20. 光源により照明した原稿からの反射光を結像レンズで撮像素子に結像させ、前記原稿の画像を読み取る画像読取装置であって、
    前記撮像素子から前記結像レンズを見たときに該結像レンズの有効瞳に重ならない位置に前記光源が設けられるとともに、前記有効瞳の一部に重なる位置に前記光源からの照明光の反射面が設けられていることを特徴とする画像読取装置。
21. 請求項２０に記載の画像読取装置において、
    前記光源の前記反射面側近傍に凸レンズが設けられていることを特徴とする画像読取装置。
22. 請求項２０に記載の画像読取装置において、
    前記光源の前記反射面側近傍にフレネルレンズが設けられていることを特徴とする画像読取装置。
23. 請求項１乃至請求項２２のいずれか１項に記載の画像読取装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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