JP2007037012A - 読取用照明装置及びそれを用いた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 読取領域での光量分布を最適化して、一次元光電変換素子上での長手方向（主走査方向）における光量分布を実質的に均一化させることが容易な読取用照明装置及びそれを用いた画像読取装置を得ること。
【解決手段】 被照射面113を一方向に長いスリット開口形状の光束で照明する一方向に長い発光面を有する管状光源103と、一方向を含み被照射面と直交する第１面に対し直交する第２面から見たとき、読取光学系の光軸に対して管状光源と対向するように配置された反射部材105と、管状光源と反射部材との間の光路中に管状光源の発光面のうち、中央領域の発光面からの光束の一部が反射部材に入射するのを防止するための遮光部108aを含む遮光部材108が配置されており、遮光部の形状は、第１面から見たとき、読取光学系の光軸方向に突出した凸形状より成ること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばイメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して、線順次方式で画像読取を行う画像読取装置に用いられる読取用照明装置に関する。

一般にイメージスキャナー、複写機、ファクシミリ等、原稿面を照明して線順次方式で画像読取りを行う画像読取装置に用いられる読取用照明装置(照明装置）は、蛍光灯等の管状（線状）光源を用いて原稿面を照明する。

図７に、この読取用照明装置の最も一般的な構成を示す。この装置では管状光源701からの光をその背後に配置した反射板702ａ及び反射板702ａに対向して配置した反射板702ｂで反射させて被読取領域703に設けた原稿面703aを照射する。

ここで「背後」とは読取領域703に向かわない光束を反射させて、該読取領域703に向かわせるために反射板702aを配置する場所をいう。

そして原稿面703aで反射した反射光のうち、スリット706を通過した光を結像レンズ704により集光する。そして、例えば線状に画素を配列したＣＣＤ（Charge Coupled Device）からなる一次元光電変換素子（ラインセンサー）705上に結像させて読み取る。

線順次読取方式では管状光源701、スリット706、反射板702ａ,702b、結像レンズ704、一次元光電変換素子（ラインセンサー）705を原稿面703aに沿って相対的に移動させながら（副走査方向）原稿面全体の読み取りを行う。

管状光源701の背後に配置される反射板702ａは、一般的には平板形状や円筒形状などであり、該管状光源701から出射した光の一部を原稿面の読取領域703の方向へ反射して照明効率を上げるように構成される。

特にイメージスキャナー、複写機、ファクシミリ等に用いられる画像読取装置には、近年、小型化が要望されているが、そのためには結像レンズの物像間距離（焦点距離）を短くする必要があり、結像レンズの広角化が必要となる。

しかしながら結像レンズを広角化すると周辺画角における光量は図８（Ａ）に示すように半画角の余弦の４乗（cos⁴）にほぼ比例して減少する。この図８（Ａ）は主走査方向（一次元光電変換素子の長さ方向）における結像レンズ704の画角による光量分布を示したものである。例えば半画角３０度の場合、周辺部での光量は中央部の約５６％にしかならない。

また図７に示したような一般的な照明方法では、読取領域703の光量分布が図８（Ｂ）に示すように管状光源701の端部は中央部に対して光量が低いことから主走査方向（管状光源の長さ方向と一致）の両端部で暗くなる傾向がある。

そのため中央部に対して周辺部のＣＣＤ705からの出力のダイナミックレンジやノイズ成分が変化し、この結果、読取った画像情報の劣化を招いていた。

これらの問題点を解決する画像読取装置は従来から種々と提案されている（特許文献１〜４参照）。

特許文献１では、結像レンズの前方に光束の一部を遮光する為の遮光板を原稿面照明領域の長手方向に対して平行に設け、ＣＣＤへ入射する光量を調整している。

特許文献２では、光源の背後に設けた反射部材の端部の形状を変えることにより、照明光の光量調整を行っている。

特許文献３、４では、光源の近傍に配した反射部材の一部または管状光源の開口部を遮光することによって光量調整を行っている。
特開昭５６−６２４７３号公報 特開昭６４−７９７３９号公報 実開昭６１−１６６６５９号公報 実開昭６２−１５５５６７号公報

特許文献１において遮光板によりＣＣＤへ入射する光量を調整する場合、結像レンズのMTF特性を変化させることになり、所望のMTF特性を得られなくなる場合がある。更に遮光板を別部材で構成するため装置全体が複雑化になる傾向にある。

特許文献２において反射部材の形状を端部のみ変えることでの光量調整は、非常に敏感度が高く、更に左右でのバランスも崩れやすい傾向にある。

特許文献３，４においては部品点数が増え、装置全体が複雑化に成ると共に、作業者の指紋などが反射部材に付着するなど作業上の問題点もある。

本発明は読取領域での光量分布を最適化して、一次元光電変換手段上での長手方向（主走査方向）における光量分布を実質的に均一化させることが容易な読取用照明装置及びそれを用いた画像読取装置の提供を目的とする。

請求項１の発明の読取用照明装置は、
被照射面を一方向に長いスリット開口形状の光束で照明する該一方向に長い発光面を有する管状光源と、該一方向を含み該被照射面と直交する第１面に対し直交する第２面から見たとき、読取光学系の光軸に対して該管状光源と対向するように配置された反射部材と、該管状光源と該反射部材との間の光路中に該管状光源の発光面のうち、中央領域の発光面からの光束の一部が該反射部材に入射するのを防止するための遮光部を含む遮光部材が配置されており、
該遮光部の形状は、該第１面から見たとき、該読取光学系の光軸方向に突出した凸形状より成ることを特徴としている。

請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記遮光部の読取光学系の光軸方向の長さをｈ、前記管状光源の管部の直径をａ、該読取光学系の光軸方向に見て該管部の被照射面から最も離れている該管部の面から最も近い前記反射部材の有効反射面端部までの前記第２面内での長さをＹ、該反射部材の有効反射面の読取光学系の光軸方向の長さをｂ、該反射部材の反射面と読取光学系の光軸方向との成す角をδ、被照射面上の一方向の最大光量をα、被照射面上の一方向の中央部の光量をβとするとき、
{（１−（β/α））（（ａ＋ｂ）Ｙ−ｂ^２tanδ）}／Ｙ≦ｈ
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記遮光部は、その一方向の端部から中央部に向かって徐々に面積が広がるように隆起していることを特徴としている。

請求項４の発明は請求項３の発明において、
前記遮光部は、その一方向の端部から中央部に向かって徐々に曲面形状で隆起していることを特徴としている。

請求項５の発明は請求項１乃至４の何れか１項の発明において、
前記管状光源に対して前記反射部材と逆側に第２反射部材が配置されており、該第２反射部材は一方向の端部から中央部に向かって徐々に面積が広がる切り欠き部を有していることを特徴としている。

請求項６の発明は請求項５の発明において、
前記第２反射部材の切り欠き部は、一方向に曲面形状より成ることを特徴としている。

請求項７の発明の画像読取装置は、
請求項１乃至６の何れか１項に記載の読取用照明装置で照明された被照射面の画像情報を所定面上に結像させる読取光学系と、該読取光学系で結像した画像情報の像を線順次方式で読取る１次元光電変換手段と、を有し、該１次元光電変換手段で該被照射面の画像情報を読取るようにしたことを特徴としている。

請求項８の発明は請求項７の発明において、
前記被照射面上の一方向の最大光量をα、該被照射面上の一方向の中央部の光量をβ、前記読取光学系の最大画角をθ_MAXとするとき、
０．８≦β／（α×(cosθ_MAX)⁴）≦１．５
なる条件を満足することを特徴としている。

請求項９の発明は請求項７又は８の発明において、
前記被照射面の管状光源側には、一方向に開口部を有するスリット部材が設けられており、該スリット部材と前記遮光部材は、一体的に成形されていることを特徴としている。

本発明において、第１面とは、主走査断面（YZ面）を示し、第２面は、副走査断面（XZ面）を示す。

本発明によれば管状光源と反射部材との間の光路中に配置した遮光部材により、該反射部材に入射する光束の一部を遮光することにより、１次元光電変換手段上での主走査方向における光量分布を実質的に均一化することができる読取用照明装置及びそれを用いた画像読取装置を達成することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１のキャリッジ一体型の画像読取装置(フラットベッド型イメージスキャナー)の要部概略図、図２は図１に示した読取用照明装置の要部概略図、図３は図１に示した読取用照明装置の要部断面図（副走査断面図）である。

図中、114は原稿台ガラスであり、その面上に原稿113が置かれている。101はキャリッジであり、原稿113を照明する為の読取用照明装置102、複数の反射ミラー109、読取光学系（結像レンズ）110、そして１次元光電変換手段(CCD)111を一体的に収納している。キャリッジ101は、キャリッジガイドシャフト112により図中の副走査方向（ｘ方向）へ走査し、原稿113の画像情報を順次読取っている（線順次読取方式）。読取られた画像情報は不図示のインターフェイスを通じて外部機器であるパーソナルコンピューターなどに送られる。

読取用照明装置102は遮光板106と、原稿113面を一方向（主走査方向）に長いスリット開口形状の光束で照明する該一方向に長い発光面を有する管状光源103とを有している。また読取用照明装置102は該一方向を含み原稿113面と直交する面(YZ面)に対し、該直交する面(XZ面)から見たとき、該原稿113面の法線に対して管状光源103と対向するように配置された反射部材105と、該管状光源103に対して前記反射部材103と逆側に第２反射部材104とを有している。更に読取用照明装置102は管状光源103と反射部材105との間の光路中に該管状光源103の発光面のうち、中央領域の発光面からの光束の一部が該反射部材105に入射するのを防止するための遮光部108aを含む遮光部材108とを有している。

本実施例における遮光部材108の遮光部108ａは図２に示すように、その一方向（主走査方向）の端部から中央部に向かって徐々に面積が広がるように曲面形状（Ｒ形状）で隆起している。即ち、遮光部108ａは光路中に突出した凸形状より成っている。

尚、本実施例では遮光部108ａを曲面形状での隆起を示しているが、これに限定されるものでもなく、主走査方向の端部から中央部に向かって徐々に面積が広がる形状であれば良い。

107はスリット部材であり、主走査方向に長い開口部115を有する矩形状より成り、原稿113面で反射された反射光束を規制している。本実施例では上記遮光部材108とスリット部材107とが一体的に成形されている。

尚、図１では点線で示す読取用照明装置102内に遮光部材108と一体的に成形されたスリット部材107が描かれているが、このスリット部材107は画像読取装置の一要素として構成されている。

複数の反射ミラー109は原稿113で反射した光束をキャリッジ101内部で折り曲げている。結像レンズ110は原稿113からの光束を一次元光電変換手段（ＣＣＤ）111に結像させている。ＣＣＤ（Charge Coupled Device）からなる一次元光電変換素子（ラインセンサー）111は紙面垂直方向である主走査方向（ｙ方向）に複数の受光素子を配列した構成になっている。尚、ｘ軸に直交し、紙面の上方向をｚ軸としている。

本実施例では、遮光部材108により管状光源103から該管状光源103に対して対向して配した反射部材105を介して原稿113面へ向かう一部の間接光束と、該管状光源103の背後に配した反射部材104で反射されて原稿113面に向かう一部の間接光束を遮光している。これにより本実施例では図４(A),(B)に示すように原稿113面上において中央部よりも周辺部で相対的に照明光量が多くなるようにして、ＣＣＤ111面上で光量分布をほぼ均一としている。

また複数ミラー109の取り付け位置ズレから発生する読取中心位置のズレの対策として原稿113面上における副走査方向の光量均一化がある。本実施例の構成であれば原稿面読取中心位置に対して管状光源103と対向する反射部材105からの一部の間接光束と管状光源103の背後に配した反射部材104からの一部の間接光束を遮光することにより、副走査方向の光量もほぼ均一とすることができる。

本実施例では図３に示すように遮光部108aの原稿113面（不図示）に対する法線方向の長さをｈ、管状光源103の管部の直径をａ、該管部の原稿113面から最も離れている面103aから最も近い反射部材115の有効反射面端部105aまでの長さをＹとする。また反射部材115の有効反射面の原稿113面に対する法線方向（ここでは、この法線方向を読取光学系110の光軸方向Ｌとしている）の長さをｂ、該反射部材105の反射面と原稿113面に対する法線方向との成す角をδとする。また原稿113面上の一方向(主走査方向)の最大光量をα、原稿113面上の一方向(主走査方向)の中央部の光量をβとする。このとき、
{（１−（β/α））（（ａ＋ｂ）Ｙ−ｂ^２tanδ）}／Ｙ≦ｈ‥‥(1)
なる条件を満足させている。

条件式(1)は、原稿113面上における中央部と周辺部との相対的な照明光量比を満たす為の遮光部108aを最適に設定するための条件である。条件式(1)を外れると適切な照明光量比を得られなくなってしまうので良くない。

本実施例では、
管状光源103の管部の直径a：2.6ｍｍ、
反射部材105の有効反射面の原稿113面に対する法線方向の長さb：2.4ｍｍ、
管部の面103aから反射部材105の有効反射面端部105aまでの長さY：8.9ｍｍ、
反射部材105の反射面と原稿113面に対する法線方向との成す角δ：3７°、
原稿113面上の主走査方向の最大光量α：1.0、
(ここでは便宜上１を正規化している。)
原稿113面上の主走査方向の中央部の光量β:0.64
である。各数値を条件式(1)の左辺に当てはめると
{（１−（β/α））（（ａ＋ｂ）Ｙ−ｂ^２tanδ）}／Ｙ＝1.81ｍｍ
となる。これにより本実施例では遮光部材108の遮光部108aの長さｈを条件式(1)を満たすように、
h=1.90ｍｍ
と設定している。

また本実施例では結像レンズ110の最大画角をθ_MAXとするとき、
０．８≦β／（α×(cosθ_MAX)⁴）≦１．５‥‥(2)
なる条件を満足させている。

更に好ましくは上記条件式(2)を次の如く設定するのが良い。

０．９≦β／（α×(cosθ_MAX)⁴）≦１．３‥‥(2a)
条件式(2)は、ＣＣＤ111面上における照明光量分布の均一性を満たす為の条件である。条件式(2)の上限値を越えるとＣＣＤ111面上において、周辺部の光量が高くなり過剰補正となるので良くない。また条件式(2)の下限値を越えるとＣＣＤ111面上において周辺部での光量落ちが大きくなってしまうので良くない。

本実施例では最大画角30°の結像レンズを使用している。各数値を条件式(2)に当てはめると
（α×(cosθ_MAX)⁴）=1.14
となる。これは条件式(2)を満たしている。

図５は本発明の実施例２の読取用照明装置の要部斜視図である。同図において図２に示した要素と同一要素には同符番を付している。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は、第２反射部材104に一方向(主走査方向)の端部から中央部に向かって徐々に面積が広がる切り欠き部121を設けたことである。その他の構成及び光学的作用は実施例１と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。

即ち、図５において104は第２反射部材であり、管状光源103に対して反射部材105と逆側に配置されており、一方向(主走査方向)の端部から中央部に向かって徐々に面積が広がる曲面形状（Ｒ形状）の切り欠き部121を有している。

尚、本実施例では切り欠き部121を曲面形状での隆起を示しているが、これに限定されるものでもなく、主走査方向の端部から中央部に向かって徐々に面積が広がる形状で切り欠けば良い。

本実施例では、この切り欠き部121と上記遮光部材108の遮光部108aとによって、遮光部分を分担することができ、該遮光部108aを大きくしなくても、図６(A),(B)に示すような所望の光学性能を実現することができる。また原稿面上における副走査方向の光量均一化もパラメータの自由度を増すことにより、更に均一化しやすくなる。

本実施例では、
管状光源103の管部の直径a：2.6ｍｍ、
反射部材105の有効反射面の原稿113面に対する法線方向の長さb：2.4ｍｍ、
管部の面103aから反射部材105の有効反射面端部105aまでの長さY：8.9ｍｍ、
反射部材105の反射面と原稿113面に対する法線方向との成す角δ：3７°、
原稿113面上の主走査方向の最大光量α：1.0、
(ここでは便宜上１を正規化している。)
原稿113面上の主走査方向の中央部の光量β:0.78
である。各数値を条件式(1)の左辺に当てはめると
{（１−（β/α））（（ａ＋ｂ）Ｙ−ｂ^２tanδ）}／Ｙ＝0.9ｍｍ
となる。これにより本実施例では遮光部材108の遮光部108aの長さｈを条件式(1)を満たすように、
h=1.20ｍｍ
と設定している。

また本実施例では前述の実施例１と同様に最大画角30°の結像レンズ110を使用している。各数値を条件式(2)に当てはめると
（α×(cosθ_MAX)⁴）=1.39
となる。これは条件式(2)を満たしている。

尚、本実施例では読取用照明装置を一体型（フラットベッド型）の画像読取装置に適用したが、これに限らず、他の画像読取装置、例えば１：２走査光学系を有する画像読取装置に適用しても本発明は上述の実施例と同様に適用することができる。

本発明の実施例１の画像読取装置の要部断面図 本発明の実施例１の読取用照明装置の要部斜視図 本発明の実施例１の読取用照明装置の副走査断面図 本発明の実施例１による原稿面及びＣＣＤ面上の主走査方向の光量分布図 本発明の実施例２の読取用照明装置の要部斜視図 本発明の実施例２による原稿面及びＣＣＤ面上の主走査方向の光量分布図 従来の画像読取装置の要部斜視図 従来の画像読取装置における主走査方向の光量分布図

符号の説明

１０１ キャリッジ
１０２ 読取用照明装置
１０３ 管状光源
１０４，１０５ 反射部材
１０６ 遮光板
１０７ スリット部材
１０８ 遮光部材
１０８ａ 遮光部
１０９ ミラー
１１０ 読取光学系（結像レンズ）
１１１ 読取手段
１１２ 副走査ガイドシャフト
１１３ 原稿面
１１４ 原稿台
１１５ 開口部
１２１ 切り欠き部

Claims (9)

1. 被照射面を一方向に長いスリット開口形状の光束で照明する該一方向に長い発光面を有する管状光源と、該一方向を含み該被照射面と直交する第１面に対し直交する第２面から見たとき、読取光学系の光軸に対して該管状光源と対向するように配置された反射部材と、該管状光源と該反射部材との間の光路中に該管状光源の発光面のうち、中央領域の発光面からの光束の一部が該反射部材に入射するのを防止するための遮光部を含む遮光部材が配置されており、
   該遮光部の形状は、該第１面から見たとき、該読取光学系の光軸方向に突出した凸形状より成ることを特徴とする読取用照明装置。
2. 前記遮光部の読取光学系の光軸方向の長さをｈ、前記管状光源の管部の直径をａ、該読取光学系の光軸方向に見て該管部の被照射面から最も離れている該管部の面から最も近い前記反射部材の有効反射面端部までの前記第２面内での長さをＹ、該反射部材の有効反射面の読取光学系の光軸方向の長さをｂ、該反射部材の反射面と読取光学系の光軸方向との成す角をδ、被照射面上の一方向の最大光量をα、被照射面上の一方向の中央部の光量をβとするとき、
   {（１−（β/α））（（ａ＋ｂ）Ｙ−ｂ^２tanδ）}／Ｙ≦ｈ
   なる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の読取用照明装置。
3. 前記遮光部は、その一方向の端部から中央部に向かって徐々に面積が広がるように隆起していることを特徴とする請求項１又は２に記載の読取用照明装置。
4. 前記遮光部は、その一方向の端部から中央部に向かって徐々に曲面形状で隆起していることを特徴とする請求項３に記載の読取用照明装置。
5. 前記管状光源に対して前記反射部材と逆側に第２反射部材が配置されており、該第２反射部材は一方向の端部から中央部に向かって徐々に面積が広がる切り欠き部を有していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の読取用照明装置。
6. 前記第２反射部材の切り欠き部は、一方向に曲面形状より成ることを特徴とする請求項５に記載の読取用照明装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の読取用照明装置で照明された被照射面の画像情報を所定面上に結像させる読取光学系と、該読取光学系で結像した画像情報の像を線順次方式で読取る１次元光電変換手段と、を有し、該１次元光電変換手段で該被照射面の画像情報を読取るようにしたことを特徴とする画像読取装置。
8. 前記被照射面上の一方向の最大光量をα、該被照射面上の一方向の中央部の光量をβ、前記読取光学系の最大画角をθ_MAXとするとき、
   ０．８≦β／（α×(cosθ_MAX)⁴）≦１．５
   なる条件を満足することを特徴とする請求項７に記載の画像読取装置。
9. 前記被照射面の管状光源側には、一方向に開口部を有するスリット部材が設けられており、該スリット部材と前記遮光部材は、一体的に成形されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の画像読取装置。