JP2009060517A

JP2009060517A - 画像読取装置

Info

Publication number: JP2009060517A
Application number: JP2007228001A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Nakashige; 文宏中重; Yoshitoshi Yamauchi; 佐敏山内
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】実用的な不正複写防止機能を実現すること。
【解決手段】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、前記原稿の画像を一次元に読み取り、これを走査することによって２次元の画像を読み取る画像読取装置であって、少なくとも複数の照明レンズ機能を持ち、該照明レンズ機能により単色かつ複数の光源から発する光束をさらに複数に分割し、該分割された複数の光束を原稿面上で重畳するようにした画像読取装置おいて、該単色光源の１つが、不可視光を発光する光源である。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルＰＰＣなどに搭載されている、固体撮像素子と結像レンズ、照明装置を搭載した縮小光学系の画像読取装置に関する。

各技術課題に関する説明の前に、本発明対象である縮小光学系を搭載した一般的な画像読取装置の構成例を説明する。

図３は画像読取装置の概略図であり、側面から見た構成を表している。１−７．原稿は１−８．コンタクトガラス上に設置され、結像レンズ１−２はランプ１−９の光、及び、ランプ１−９の光を受けたリフレクター１−１０の光が撮像領域１−１１に照射され、その反射光が走行体１１−３、及び走行体２１−４内の折り返しミラー１−１２を通して結像レンズ１−２によって１次元撮像素子１−１に結像し、１次元撮像素子１−１が撮像領域１−１１の画像を１次元に取得する。

走行体１１−３と走行体２１−４はモータ１−５による駆動を伝達手段１−６を通じて受け、コンタクトガラス面１−８において撮像領域１−１１と垂直方向にコンタクトガラス面１−８に対する結像レンズ１−２の結像位置が１次元撮像素子面１−１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１−８上にある原稿画像１−７を１次元撮像素子１−１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、結像レンズ１−２はコンタクトガラス面１−８に対して縮小して１次元撮像素子１−１上に結像している。

走行体１１−３が走査する方向を副走査方向と呼び、１次元撮像素子１−１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であるのが一般的である。

特にカラースキャナでは、Ｒ(赤)・Ｇ（緑）・Ｂ（青）の各光に感度を有する３ラインのＣＣＤを副走査方向に配置した、３ラインＣＣＤを撮像素子として用いる事が多い。各画素列の間は、ＣＣＤ画素の４ないし８倍程度の距離があり、かならずしも一体となっている訳ではない。また、これを上記画像読取装置に搭載した場合、各ＲＧＢに対応するＣＣＤ画素の読取位置は、副走査方向にずれて読み取ることになり、当然照明も各読取位置に合せる必要がある。

この装置において、更に１．小型（薄型）で２．照明対象面の照度むらを抑えながら３．省エネルギー（言い換えると、光利用効率の向上）を追求し、４．フレアの発生を低減し５．ブック原稿の影の低減による高画質化が課題であった。

この課題解決として画像読取装置において図４に示す照明系の概念による照明装置を搭載した画像読取装置がある。

その概要を説明する。まず、主走査方向の照度むらを抑えながら効率的に照明対象面を照明する概念を同図ｂ）上面図により説明する。

光源にLEDを直線上に並べたものを用いている。個別のLEDは透明樹脂で封入し、先端はレンズを形成しLEDから放射する光束をほぼ平行光で出力するように形成してある（この透明樹脂で作られたレンズの焦点距離はこのレンズ部からLEDの位置までの距離でありf3とする）。集光レンズCA1は光源からの光束を主走査方向に分割し、次に説明する照明レンズCA2の個別のシリンダ（レンズ）に切り出した光束を全部透過させるために集光させるレンズであり、図５．ａ）に示すような形状のシリンダ（レンズ）アレイで、同図、ｂ）のようなシリンダ（レンズ）を並べたものである（勿論、同図ｄ）のようなシリンダを並べてもよい）。個別のシリンダの焦点距離f1は図中のｃの距離にとってある（即ちf1=c）。CA2は照明対象面である原稿面を主走査方向に照射するためのレンズであり、やはりシリンダアレイを構成し、個別のシリンダの焦点距離f2は概略f2=1/(1/(a+b)+1/c)としてある（ここでf1=f2とすることは設計上可能であり、そうすることによりCA1とCA2は同じ規格の部材として用いることができる）。統合レンズL0はCA1、CA2で分割、照射された光束を照明対象面に重畳させるためのレンズで光軸を軸対称とした通常のレンズである。焦点距離はf0=aとすることによりCA1、CA2で分割された光束の光軸（副光軸と称する）を照明対象面の中心（主光軸）に合せられ、分割された光束を照明対象面上に重畳できる（図では煩雑になるのを避けてシリンダアレイ中の各シリンダの内一つおきに表現を省略している）。

（ここでCA2により像の倍率等を説明する場合、本来はCA2とL0の焦点距離f2、f0を合成した内容を用いるのだが、f2<<f0なので説明を簡単にするために、b=0とし、L0のf0を無視して説明する。）

ここでシリンダアレイCA1の個々のシリンダの幅をm1とし照射対象面の照射幅（主走査方向）をm0とすればm0／m1＝a／cとなる（実際はこの関係を決めてからf0、f1を決めるのだが）。このように設定するとCA1の個別のシリンダのサイズm1の像が照明対象面上でm0の大きさに投影され、m1を通過した光束は全部照明対象面に届く（このシリンダからの個々の光束による照明では照度むらが激しいものとなっているが、全体を重畳した結果は平坦となっている）。

次に主走査方向と直角の方向（副走査方向）の照明概念を図２のb）で説明する。
透明樹脂で封入されたLEDから発する光束は、先端のレンズでほぼ平行光束にされて出力される。集光レンズCA1と照明レンズCA2はこの視点では平行平板と同様の振る舞いとなるので、先にほぼ平行となった光束はほとんど影響を受けずにそこを平行光のまま通過する。統合レンズL0は焦点距離f0がf0=aとなっているのでL0を通過して照明対象面で集光する。

さらに照明効率を向上させた内容を副走査方向の図だけで図６に示す。

この構成を画像読取装置に組み込む場合は、図７に示す（途中の変向ミラー、折返しミラーは省略して示している）ように統合レンズはレンズの中心部から外した部分を用いる。こうすると、光源、集光レンズ、照明レンズ、統合レンズをユニットとしてまとめて結像レンズの横に置くことができる。このユニットを照明装置と称する。

上記照明装置では、LEDに可視光である白色タイプか、RGB単色タイプを平行に設置しており、可視光照明によるカラー画像読取を基本としている。

ここで、複数の半導体発光素子を二次元アレイ状に配列した照明光源と、各半導体発光素子から出射された光を被照明体へ向けて平行化する平行化手段とを設け、半導体発光素子を用いた照明光源からの発熱量は少なく、各半導体発光素子から出射された光が平行化手段で平行化されることにより、被照明体が均一な照度となるように照明される技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２８００９４号公報

しかしながら、従来技術では、簡単な構成で、不可視光を照明することや、簡単な構成で、不可視光を読み取ることや不可視光の読み取り機能追加によるコストの上昇を抑えることが困難であった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明は、実用的な不正複写防止機能を実現することを目的とする。

請求項１に記載の画像読取装置は、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、前記原稿の画像を一次元に読み取り、これを走査することによって２次元の画像を読み取る画像読取装置であって、少なくとも複数の照明レンズ機能を持ち、該照明レンズ機能により単色かつ複数の光源から発する光束をさらに複数に分割し、該分割された複数の光束を原稿面上で重畳するようにした画像読取装置おいて、該単色光源の１つが、不可視光を発光する光源であることを特徴とする。

請求項２に記載の画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、光源に概略赤色、緑色、青色スペクトルで発光する発光体とともに、赤外もしくは紫外スペクトルで発光する発光体を用いていることを特徴とする。

請求項３に記載の画像読取装置は、請求項２記載の画像読取装置において、搭載する撮像素子が、ＲＧＢとさらにもう１色に対応した４つのラインＣＣＤからなることを特徴とする。

請求項４に記載の画像読取装置は、請求項２記載の画像読取装置において、搭載する撮像素子が、全波長域に対して感度を有する１つのラインＣＣＤであって、該各光源が順次点灯して各色照明光ごとの画像読取を行うことを特徴とする。

本発明によれば、可視光である照明光にさらに不可視光照明を容易に付加することができ、コストによって制約されることなく、不可視光によって励起された蛍光材料による原稿画像を読み取れる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
［請求項１］（不可視光の照明の搭載）
図１に、請求項１の画像読取装置を示す。可視光を発光する照明光源Aとともに、不可視光を発光する光源Bを隣接して設置する。各照明光源から発射されたそれぞれの光は、光学素子類Cを経て、最終的に原稿読取領域Dを、重畳して照明することになる。さらに原稿の濃度に応じて原稿読取領域Dで反射した光は、やはり光学素子類Cを経て、結像レンズEによって撮像素子Fに結像し、原稿画像を読み取ることになる。

複写禁止原稿には、前記光源Bの波長で蛍光するか、もしくはその波長での著しく反射率の異なるパターンを形成する。

蛍光によるパターンでは、不可視光の光源でも可視光となるため、撮像素子Fは、可視光のみに感度があればよい。蛍光で無いパターンの場合、もしくは蛍光であってもその発光色が不可視光であった場合、撮像素子Fはその波長での感度が必要である。

実際の複写禁止原稿を読み取り、複写禁止する動作としては、光源Bのみ発光して原稿面を読み取り、不可視光パターンの有無を検知後、パターンが無ければ光源Aを用いて通常の原稿読取動作を実行する。

上記照明光源A/光学素子類Cの働きについては、前述の従来技術を参照のこと。

上記説明の簡単な構成上の追加によって可視光である照明光にさらに不可視光照明を容易に付加することができ、コストによって制約されることなく、不可視光によって励起された蛍光材料による原稿画像を読み取れるという、効果が得られる。さらに、可視光光と不可視光を別個に点灯制御できるので、不可視光だけの原稿全面読み取りなども容易に実現できるという効果もある。

［請求項２］（RGB+α光源）
請求項１の構成で、光源にLEDでかつ可視光であるRGB単色発光のものを用い、さらに、不可視光である、赤外もしくは紫外発光のLEDを搭載する。

紫外光を照明光源とした場合、原稿に形成する複写禁止パターンに蛍光材料を用いると、容易に可視光に遷移できるという利点があるが、画像読取装置に用いられる例えばコンタクトガラスなどでは、紫外光の透過率が悪いため、この点に注意する必要がある。

通常画像読取装置では赤外領域の画像読み取りを嫌うため、赤外カットフィルタなどを搭載してこれを積極的に排除している。それに対して本照明光源であるRGB単色LED光は、一般的な白色LEDなどに比べ、赤外光の成分が著しく少なく、赤外カットフィルタの搭載を必要としない。すなわち、不可視光光源として赤外光を用いる場合、可視光点灯による画像読み取り動作と、不可視光店頭による複写禁止パターンを読み取る動作を、容易に分離することが出来る。さらに画像読み取りに用いる撮像素子のCCDは、一般に赤外領域の光にも十分な感度を有している。

単色に近い光源を用いる場合には更に照明効率がよいので投入電力を少なく出来るという効果がある。

［請求項３］（４ラインCCDの搭載）
請求項３の画像読取装置に搭載する撮像素子は、照明装置から発光されるRGB光及び不可視光にそれぞれ感度を有する、4本のラインCCDで構成されている。

これまでカラー画像読取装置では、RGB３ラインCCDによる画像読み取りが一般的であったが、黒画像専用の読取機能のラインCCDを追加したタイプも近年増えてきている。本発明はこの4本目のCCDに、照明光源Bから発光される不可視光のみを透過させるフィルタを形成させることで、以下のような動作を実現させる。

照明装置は、RGB及び不可視光を同時発光させ、原稿の画像読み取りを実行する。撮像素子は各光源色に対応したラインCCDによって、原稿を同時に読み取る。不可視光に感度を有するラインCCDによって読み取られた画像は、複写禁止パターン読み取り専用として機能し、禁止パターンを検出すれば、即座に複写動作を停止させる。

不可視光に感度を持つ撮像素子を搭載しているので、読み取り対象の原稿に紫外光もしくは赤外光によって励起して可視光を発するようなパターンではなく、紫外光もしくは赤外光そのものの光を検出することができる。つまり、完全に不可視なパターンによる原稿の複写防止機能を実現できるという効果がある。

［請求項４］（１ラインCCDで線順次動作）
請求項４の画像読取装置では、これに搭載する照明装置から発光する可視/不可視光すべてに感度を有する撮像素子を用いる。本請求項の画像読取装置による画像読み取り動作のタイミングチャート例を図２に示す。横軸は時間であって、画像読取装置のキャリッジ速度が１００ｍｍ／ｓであり、読取解像度が６００ｄｐｉ／４２．３μｍの場合である。（読取クロックが2364Hzとなる。）

照明装置による発光は、読取クロックの4倍の速度で4色のLEDを順次点灯させている。これに対して撮像素子による原稿画像読み取りも、読取クロックの4倍の速度で画像読み取りを行う。

不可視光が点灯している状態での読み取り画像は、複写禁止パターン読取動作となる。また、それ以外の点灯では、通常のフルカラー画像読み取り動作となる。

RGBの各色による読取画像は、１／４画素ずつずれているので、各画像を読み取ったデータをバッファに格納し、画像処理によりずらす処理を行い、各色の読み取り画像位置を一致させる。

本画像読取装置では、安価な1ラインCCDで、フルカラー画像読み取りのみならず、不可視光画像読み取りも実現している。さらに、複写禁止機能が不要の場合、可視光であるRGBだけでの画像読み取りを行えばよく、容易にモード切替も可能である。

また、現行の先頭領域のみ不可視光による複写禁止パターン読取を行い、原稿の有効画像読み取り領域では、通常のカラー画像入力を行うなどの動作も可能である。

１ラインのCCDでRGB以外に不可視光の照明光によって線順次に原稿画像を読み取ることが出来るので、安価にカラー画像読み取りと同時に、不可視なパターンによる原稿の複写防止機能を実現できるという効果がある。

なお、上述する各実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更実施が可能である。本発明はフィルムスキャナ、ブック原稿などのスキャナ（原稿台上面）に適用可能である。

本発明の画像読取装置の構成を説明する図である。本発明のタイミングチャートである。従来技術の画像読取装置の概略図である。従来技術の照明装置を搭載した画像読取装置を示す図である。従来技術の光学部品の形状を示す図である。従来技術の副走査方向集光の効率向上の実施例を示す図である。従来技術の画像読取装置の概略図である。

Claims

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、前記原稿の画像を一次元に読み取り、これを走査することによって２次元の画像を読み取る画像読取装置であって、
少なくとも複数の照明レンズ機能を持ち、該照明レンズ機能により単色かつ複数の光源から発する光束をさらに複数に分割し、該分割された複数の光束を原稿面上で重畳するようにした画像読取装置おいて、
該単色光源の１つが、不可視光を発光する光源であることを特徴とする画像読取装置。
前記光源に概略赤色、緑色、青色スペクトルで発光する発光体とともに、赤外もしくは紫外スペクトルで発光する発光体を用いていることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
搭載する撮像素子が、ＲＧＢとさらにもう１色に対応した４つのラインＣＣＤからなることを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。
搭載する撮像素子が、全波長域に対して感度を有する１つのラインＣＣＤであって、該各光源が順次点灯して各色照明光ごとの画像読取を行うことを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。