JP2006295658A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレア現象によって原稿濃度が変化し生じる濃度むらによる読取画像品質の低下を防ぐことができる画像読取装置を提供する。
【解決手段】 原稿が原稿読取位置に搬送され、原稿読取位置において原稿画像を読み取る光学系を備えた画像読取装置であって、ランプから原稿に照射された光が反射して、その反射光がランプ内に到達して再度原稿を２次照明する現象が発生する前に、２次照明光になる可能性の高い照明光の一部を、コンタクトガラスの下に設置された透過反射手段により全反射させて積極的に排除することで、原稿の濃淡による２次照明光の影響がなくなり、高品質に原稿の画像を読取ることが可能となる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、画像読取装置、特にデジタルＰＰＣに搭載されたシートＤＦ付きスキャナなどの画像読取装置に関する。

デジタルＰＰＣなどに搭載されているスキャナは、原稿の濃度を正確に読み取ることが必要である。原稿読取濃度を決定する構成要素は、１．ＣＣＤなどの撮像素子の感度、２．レンズなど光学系による読取位置、３．ランプの発光量と、４．ランプと光学系と原稿を含めた総合的な照明光量の４つの要素がある。
スキャナには照明装置が内蔵されており、一般的なスキャナではライン状に原稿を読み取り、これを走査することで２次元の画像を読み取っている（線順次画像読取）。その際、照明装置と原稿との距離が小さいため、図１４に示すように画像読取装置の照明装置１からの照明光２が原稿面３にあたって、リフレクタ４や照明装置（蛍光管）１などのスキャナ内光学部品を反射して再度原稿を再照明する再照明光５を生じる現象があることが知られている。これを「フレア現象」と呼ぶ。照明装置１から原稿面３に到達する照明光２を１次照明光、原稿面３を反射して再度原稿面３を照明する光を２次照明光とする。このフレア現象が生じると、同一原稿濃度であってもその周辺の原稿濃度の差によって、スキャナ読取画像信号が変化する。これは２次照明光が原稿面３で反射する際に原稿濃度によって反射光量が変化するため、１次照明光と２次照明光の合計である照明光が原稿濃度によって変わってしまうことから生じる。特に上記現象は、原稿において急激に濃度が変化する部位で目立つ。

特に近年は、キセノンランプなど蛍光管１で開口部６があるランプを用いた照明装置が主流になっている。このランプを搭載したスキャナの場合、照明光量を最大限得るためにランプの発光特性からランプをできるだけ原稿設置面に近づける構成をとることになる。その際、再照明光の反射する光学部品として、ランプ自身の蛍光面７があり、再反射のほとんどがそこで発生していることが知られている。

図１５に実際にフレア現象が生じた読取画像例を示す。黒パターン部８に挟まれた境界部９が白パターン部１０と比べて暗く読み取られている。原稿の白パターンは濃度が均一であるため、あきらかに読取画像としては劣化していることになる（理想的には境界部９と白パターン部１０は同じ明るさにならなければならない）。これは黒パターン部８に挟まれた領域をスキャナが読んだ際、その両側が黒いため、２次照明光が白パターン部１０を読み取った場合と比較して相対的に減ってしまうためである。

全般に原稿反射率が低い領域ほどスキャナは暗く画像を読み取り、原稿反射率が高い領域ほどスキャナは明るく画像を読み取ることになる。つまり黒文字原稿において文字内の白部がスキャナ画像においては暗くなり、結果的にコントラストが低下して読みづらくなってしまうなどの不良となって認識される。これは２次照明光が基本的には原稿面で照明光が反射した位置を中心に再照明しており、そのため、原稿の急な濃度変化（白黒パターンの境界部など）があった場所でより２次照明光の変化が大きくなってしまうからである。

そこで、スキャナの設計段階においては、原稿面を反射した２次照明光が再度原稿を照明しないように、光学系部品を黒く塗装したり、レイアウトを適正化したりするなどの対応をしている。
一方、複数枚の原稿を連続して読み取る装置として、シートドキュメントフィーダ（シートＤＦ）が広く採用されている。これは、前記照明装置やリフレクタなどを固定し、原稿側を読取位置上で走査させることで高速に原稿画像を読み取ることができる装置である。

他に、一般的に用いられているフレア現象の発生量を減らす手法として、スキャナに内蔵されている照明装置と原稿設置板の間に、原稿への照明光以外の余分な光を排除するための遮光板を設ける手法、ロッドレンズを集光レンズとして用い、光源の光速を原稿の注目する読み取りライン付近に集光することで２次光源の発生によるフレアを抑制する手法（特許文献１）や、コンタクトガラスの屈折率を高めることなどでフレア光を屈折により減らす手法（特許文献２）が提案されている。
特願平７−２８４７６３号公報 特開２００４−３５７２７０号公報

しかしながら、２次照明光による再照明を完全にはなくせず、読取画像品質上の課題となっていた。特に文字部の周辺が急激に暗くなり、コピー画像などで地汚れが発生して、極端な画像品質劣化を招く場合があった。また、レンズやコンタクトガラスなど高価な光学部品を必要としており、低コスト化が困難であった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、係る不具合を解決することを前提とし、フレア現象によって原稿濃度が変化し生じる濃度むらによる読取画像品質の低下を防ぐことを目的とする。

請求項１記載の発明は、原稿を給紙する手段と、前記原稿を原稿読取位置に搬送する手段と、前記原稿の読取位置を照明する照明手段と、前記読取位置にある原稿面からの反射光により撮像素子で線順次に原稿画像を読取る手段と、前記撮像素子と前記原稿の間に設置されているコンタクトガラス下の読取位置周辺に施された遮光手段と、前記コンタクトガラスより下方向の透過反射手段と、を有する画像読取装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の装置において、前記透過反射手段は、前記照明手段と前記コンタクトガラスとの間に配置されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の装置において、前記透過反射手段は、前記照明手段から出射した光を反射させる反射部材と前記コンタクトガラスの間に配置されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の装置において、前記透過反射手段は、前記照明手段と前記コンタクトガラスの間と、前記反射部材と前記コンタクトガラスの間に、配置されることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の装置において、前記透過反射手段の一部に遮光手段を有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の装置において、前記透過反射手段の一部の表面に完全反射手段を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の装置において、前記透過反射手段の透過率が９０％から８０％であることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の装置において、前記透過反射手段は、ＮＤフィルタ特性を有することを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の装置において、前記透過反射手段は、屈折率の高いガラスであることを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１から４いずれか１項記載の装置において、前記透過反射手段は、透明プラスチックであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。

本発明によれば、ランプから原稿に照射された光が反射して、その反射光がランプ内に到達して再度原稿を２次照明する現象が発生する前に、２次照明光になる可能性の高い照明光の一部を、コンタクトガラスの下に設置された透過反射手段により全反射させて積極的に排除することで、原稿の濃淡による２次照明光の影響がなくなり、高品質に原稿の画像を読取ることができるという効果を有する。

以下に、本発明の実施形態に係る画像読取装置を、図面を用いて詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る画像読取装置の基本構成を図１、図２、図３、図４、図５を参照し、説明する。
図１は、画像読取装置の概略図であり、図２は側面から見た構成を表す図である。走行体１２と走行体１３は、モータ１６による駆動を駆動伝達手段１７を通じて受け、コンタクトガラス２３面において撮像領域２１と垂直方向に、かつコンタクトガラス２３面に対するレンズ１４の結像位置が１次元撮像素子１５面になる状態を保ちながら走行することで、コンタクトガラス２３上にある原稿画像２４を１次元撮像素子１５にて２次元に取得する画像読取装置である。通常撮像素子として１次元ＣＣＤが用いられ、レンズ１４はコンタクトガラス２３面に対して縮小して１次元撮像素子１５上に結像する。走行体１２が走査する方向を副走査方向と呼び、１次元撮像素子１５が読み取る画像方向を主走査方向と呼ぶ。通常スキャナの画像解像度はＤＰＩ（ドット／ｉｎｃｈ）で表され、デジタルPPCに搭載されるスキャナは４００ないし６００ＤＰＩである場合が多い。

原稿２４は原稿設置板であるコンタクトガラス２３上に設置され、レンズ１４はランプ１９の光、及び、ランプ１９の光を受けた反射部材であるリフレクタ２０の光が撮像領域２１に照射され、その反射光が走行体１２、及び走行体１３内の折り返しミラー２２を通してレンズ１４によって１次元撮像素子面に結像し、１次元撮像素子が撮像領域２１の画像を１次元に取得する。

図３は、シートドキュメントフィーダ（以下シートＤＦ３２）とスキャナ３１が連結した状態での原稿読取動作を表わす概略図である。スキャナ３１の上部にシートＤＦ３２が設置される。シートＤＦ３２の原稿給紙部３３に複数枚の原稿が重ねて設置され、分離コロ３４によって前記原稿の一番上の原稿が分離され、給紙ベルト３５によって内部に送り込まれる。プルアウトローラ３６を経て、加圧パッド３７で下方に押し付けられながら、原稿読取部３８を通過する。その際、スキャナ内のキャリッジ３９、キャリッジ４０は前記原稿読取部３８を読み取る位置に固定されており、レンズ４１によって原稿読取部３８の画像をＣＣＤ４２に結像させる事で原稿を読み取る。原稿読取部３８を通過した原稿は、中間ローラ４３や排紙ローラ４４を経て原稿排紙部４５に送り出される。本動作を連続して実施することで、複数枚の原稿を連続して読み取ることが可能となる。

図４は、シートＤＦ３２とスキャナ３１が連結した状態での原稿読取光学系の作用を表わす概略図である。プルアウトローラ３６により送り出された原稿は、原稿読取部３８において加圧パッド３７によって平坦に形成される。コンタクトガラス４３上の原稿読取部３８に対して、ランプ４４から照射された照明光が直接またはリフレクタ４５を経て照明される。原稿読取部３８に到達した光は、原稿濃度に応じて反射する。原稿面を反射した光は、キャリッジ３９内のミラー４６、キャリッジ４０内のミラー４７、ミラー４８を経てレンズ／ＣＣＤに到達する。

シートＤＦを用いた画像読取動作における光学系は、スキャナ単独での画像読取動作の光学系と同じだが、シートＤＦを用いた画像読取動作では、キャリッジ３９及びキャリッジ４０が走査せず、固定されているのが最大の違いとなる。つまりコンタクトガラスに対して、キャリッジ３９が固定されている。また、シートＤＦによる原稿読取の場合、原稿とコンタクトガラスが接触する場合と接触しない場合の両方がある。

図５は、原稿走査型等倍光学系による画像読取装置における、原稿読取光学系の作用を表わす概略図である。分離コロ５１と給紙ローラ５２によって、原稿が副走査方向に送り出される。加圧パッド５３によって下方に押されながらコンタクトガラス５４上の原稿読取部５５を前記原稿が通過する。その原稿読取部５５はランプ５６によって照明され、原稿の濃度に応じた反射光が等倍結像レンズ５７によって等倍センサ５８面に集光され、原稿画像が読み取られる。

本発明に係る一実施形態である画像読取装置の構成を図６を参照して説明する。当該画像読取装置は、原稿を送り出すプルアウトローラ７６と、原稿読取位置６９において原稿を平坦にする加圧パッド７２と、余分な照明光をカットする遮光板７１と、原稿６１を照明するランプ６２と、原稿６１を保持するコンタクトガラス６３と、ランプ６２の照明光を反射して原稿６１を照明するリフレクタ６４と、原稿面から到達する２次照明光の一部を全反射させる例えばガラス製の透過反射板６５、原稿６１を反射した光画像を撮像素子６６であるＣＣＤに結像させる結像素子６７であるレンズからなる。

プルアウトローラ７６より送り出された原稿は、原稿読取位置６９において加圧パッド７２によって平坦に形成される。コンタクトガラス６３上の原稿読取位置６９に対して、ランプ６２から照射された照明光６８が直接またはリフレクタ６４を経て照明される。または、遮光板７１でカットされる。原稿読取位置６９に到達した光は、原稿濃度に応じて反射する。原稿面を反射した光は、ミラー７３、ミラー７４、ミラー７５を経て結像素子６７のレンズを通じて撮像素子６６のＣＣＤに結像し、原稿７−１を読取る。

ここで、従来のように単純に遮光板を設置して、遮光しただけでは光量が著しく低下してしまうという問題が発生する。しかし本実施形態では透過反射板の全反射作用により「フレア現象」を低減することができる。作用については後述する。透過反射板６５は、コンタクトガラス６３とランプ６２の間に設置されており、さらに原稿読取位置６９からレンズ（結像素子）６７を通じて撮像素子６６へ到達する結像光を遮らない位置にある。開口型のランプは、傾斜角にもよるが、光学的に開口中心線より上側に最大照度の位置になることが知られている。この最大照度の位置が原稿読取位置６９から離れるほど２次照明光の影響が多大になることも知られている。そこで透過反射板６５は、原稿読取位置６９の照明光には影響しないが、最大照度が出現する読取位置周辺７０の反射光の多くが全反射するような位置に配置されている。照明シミュレーションや照度分布計測実験などによって最適な位置を求めることができる。

照明手段は上述したランプ６２の他でも可能であり、次に他の実施形態を図を参照して説明する。

図７の（ａ）キセノンランプのように、透過反射板自体は、ａ．一部がプリズム状、ｂ．平行なプリズム状、ｃ．遮光板の上に透過反射板で覆う形状でもよい。遮光板は、例えば黒艶消し塗装のアルミ部材である。
図７の（ｂ）ハロゲンランプではリフレクタの上部を透過反射板にしてもよいし、（ｃ）ＬＥＤアレイランプではアレイの筐体上にキセノンランプと同様の構成ができる。

図８の（ａ）のように透過反射板６５は、コンタクトガラス６３とリフレクタ６４の間に設置されており、原稿読取位置６９からレンズ６７を通じて撮像素子６６へ到達する結像光を遮らない位置にある。すなわちランプでなくリフレクタ側からの原稿面２次反射光の一部をなるべく全反射させる位置に設置されている。
また、図８の（ｂ）のように透過反射板６５は、コンタクトガラス６３とランプ６２の間およびコンタクトガラス６３とリフレクタ６４の間に設置されており、原稿読取位置６９からレンズ６７を通じて撮像素子６６へ到達する結像光を遮らない位置にある。すなわちランプ側及びリフレクタ側からの原稿面２次反射光の一部をなるべく全反射させる位置にそれぞれ設置されている。
透過反射板６５は、例えば、透明ガラス、透明プラスティックなどでもよい。

図６及び図９を用いて、本発明の実施形態に係る画像読取装置の透過反射板６５の作用について説明する。
透過反射板６５は、ランプ６２側から照射された２次照明光（特に最大照度になる読取位置周辺部７０を照明する光）になる可能性の高い光の多くを全反射する。この全反射作用により「フレア現象」を低減することができる。図９に示すように、原稿面から戻ってきた反射光は角度θで透過反射板６５に入射する。このときスネルの法則より、
ｎ0×Ｓｉｎ（θ＋α）＝ｎ1×Ｓｉｎβ
（ｎ0：空気の屈折率、入射角θ、ｎ1：例えばガラスの屈折率、出射角β、α：透過反射板傾き面角度）
臨界角をβとすると、
β＝Ｓｉｎ^-1（ｎ0／ｎ1）なので、 ｎ0×Ｓｉｎ（θ＋α）＝ｎ1×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^-1（ｎ0／ｎ1））
ｎ0は、通常１なので、
Ｓｉｎ（θ＋α）＝ｎ1×Ｓｉｎ（Ｓｉｎ^-1（１／ｎ1））、
Ｓｉｎ（θ＋α）＝１、
θ＋α＝９０°、
という関係が成り立つ。故にθ＝３０°とすれば α＝６０°となる。
以上より、臨界角β以上の角度で入射した光は、すべて全反射される。この作用は、画像読取装置で２次照明光が発生する限り、キセノンランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤアレイランプなどランプの種類を問わずに作用する。

図１０を参照して本発明に係る他の実施形態を説明する。
透過反射板６５の一部に遮光手段を設ける、すなわち、透過反射板の２次照明光が全反射により出て行く方向の面に、例えば艶消し黒塗料による遮光膜を施す構成とする画像読取装置である。これにより透過反射手段内で全反射した２次照明光をさらに迷光とすることなく完全に吸収し、２次照明光が低減される。

次に図１１を参照して本発明に係る他の実施形態を説明する。
透過反射板６５の一部の表面に、アルミなどの金属で、蒸着やスパッタリングを施して完全反射手段である鏡面を生成する。鏡面の薄膜を形成する蒸着またはスパッタリングの原料は、例えばコストの安いアルミ、反射率の高い銀などがある。さらに薄膜面にＳｉＯ₂などの保護層を付加してもよい。
２次照明光となる可能性の高い照明光の一部をリフレクタ６４側に反射させ、２次照明光を低減する作用を持つ。

本発明に係る実施形態である画像読取装置において、透過反射板自体の透過率が９０％から８０％のガラスやプラスチック、または透過反射板の一部にＮＤフィルタの薄膜が施された構成も可能である（図１２、図１３）。透過率が９０％から８０％またはＮＤフィルタの１０％から２０％のものを使用することで、透過反射手段内で全反射しない２次照明光を減光し、フレアを低減するという作用を持つ。

透過反射板自体が高屈折率のガラスや透明プラスチックで構成されることも考え得る。透過反射手段が、屈折率の高いガラスであれば、臨界角が大きく、２次照明光になる可能性の高い照明光をより多く全反射させて２次照明光を減光し、フレアを低減するという作用を持つ。透過反射手段が、透明なプラスチックであれば、形状の自由度が大きく、また透過率の調整が比較的簡単なため、２次照明光になる可能性の高い照明光を、より多く減光させて、フレアを低減するという作用を持つ。

画像読取装置の基本構成の概略図である。 画像読取装置の側面の基本構成を示した図である。 スキャナとシートＤＦが連結した画像読取装置の概略図である。 シートＤＦによる原稿読取の概略図である。 等倍光学系原稿走査による原稿読取の概略図である。 本発明の一実施形態に係る画像読取装置の概略図である。 本発明の一実施形態に係る画像読取装置の透過反射板の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る画像読取装置の透過反射手段の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る画像読取装置の透過反射手段の作用を示す図である。 本発明の一実施形態に係る画像読取装置の透過反射手段の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る画像読取装置の透過反射手段の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る画像読取装置の透過反射手段の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る画像読取装置の透過反射手段の構成を示す図である。 従来の画像読取装置の証明状態図である。 従来の画像読取装置でフレア現象が生じている読取画像例を示す図である。

符号の説明

１１ 原稿設置場所
１２、１３ 走行体
１４ レンズ
１５ １次元撮像素子
１６ モータ
１７ 駆動伝達手段
１８ 画像信号出力ポート
６１ 原稿
６２ ランプ
６３ コンタクトガラス
６４ リフレクタ
６５ 透過反射板
６６ 撮像素子（ＣＣＤ）
６７ 結像素子（レンズ）
６８ 照明光
６９ 原稿読取位置
７０ 読取位置周辺
７１ 遮光板
７２ 加圧パッド
７３、７４、７５ ミラー
７６ プルアウトローラ

Claims (10)

1. 原稿を給紙する手段と、
   前記原稿を原稿読取位置に搬送する手段と、
   前記原稿の読取位置を照明する照明手段と、
   前記読取位置にある原稿面からの反射光により撮像素子で線順次に原稿画像を読取る手段と、
   前記撮像素子と前記原稿の間に設置されているコンタクトガラス下の読取位置周辺に施された遮光手段と、
   前記コンタクトガラスより下方向の透過反射手段と、を有する画像読取装置。
2. 前記透過反射手段は、前記照明手段と前記コンタクトガラスとの間に配置されることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 前記透過反射手段は、前記照明手段から出射した光を反射させる反射部材と前記コンタクトガラスの間に配置されることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
4. 前記透過反射手段は、前記照明手段と前記コンタクトガラスの間と、前記反射部材と前記コンタクトガラスの間に、配置されることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
5. 前記透過反射手段の一部に遮光手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
6. 前記透過反射手段の一部の表面に完全反射手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
7. 前記透過反射手段の透過率が９０％から８０％であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
8. 前記透過反射手段は、ＮＤフィルタ特性を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
9. 前記透過反射手段は、屈折率の高いガラスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
10. 前記透過反射手段は、透明プラスチックであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の画像読取装置。

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