JP2012244344A - イメージセンサユニット及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原稿の光沢の有無によらず安定した画像の読み取りが可能となるように照明するイメージセンサユニット及びそれを備えた画像読取装置を提供する。
【解決手段】密着型イメージセンサユニット５は、光源１０と、光源１０から入光した光を出光面１１ｂから出光させる導光体１１と、導光体１１の出光面１１ｂから出光した光のうちＳ波を遮断し、Ｐ波を通過させて原稿を照明する偏光フィルタ１２と、原稿からの反射光を結像するロッドレンズアレイ１３と、ロッドレンズアレイ１３によって結像された反射光を電気信号に変換する光電変換素子１４とを備える。正反射成分としてはＳ波が支配的であり、そのＳ波を遮断して、Ｐ波を主とする光を原稿に照射するので、正反射成分を低減させて、読み取り画像に白い筋が写り込む等の不具合をなくし、原稿の光沢の有無によらず安定した画像の読み取りが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、原稿の画像を光学的に読み取って電気信号に変換するイメージセンサユニット及びそれを備えた画像読取装置に関する。

一般に画像読取装置として、複写機、イメージスキャナー或いはファクシミリ等が知られている。この種の画像読取装置に用いられるイメージセンサに関して、例えば特許文献１が知られている。

特開２０００−２９５４１３号公報

イメージセンサを備えた画像読取装置において、特に原稿が光沢紙である場合、読み取り時、光源からの光を原稿に照明したときに、強く正反射してしまう。そのため、原稿が波打っていたり、原稿に皺があったりすると、意図しない正反射成分を光電変換素子が受けることで光電変換素子の電荷が飽和し、読み取り画像に白い筋が写り込む（白とび）等、画像の読み取り結果に影響を与えることがある。

入射角を大きくする、すなわち原稿に対して水平に近い角度で光を入射させて、正反射成分を光電変換素子が受けないようにする構成も考えられるが、照明装置と光電変換素子との配置関係に制約が生じてしまう。また、その場合にも、原稿の波打ちや皺が大きいと、意図しない正反射成分を光電変換素子が受け、画像の読み取り結果に影響を与えるおそれがある。しかも、一般的に入射角が大きいほど意図しない正反射成分は大きくなるので、画像の読み取り結果に多大な影響を与えてしまう。

特許文献１には被写体からの光軸を所定の方向にずらす構成が開示されているが、イメージセンサの空間分解能の低下を解決するためのものであり、正反射成分による影響を取り除くものではない。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、原稿の光沢の有無によらず安定した画像の読み取りが可能となるように照明するイメージセンサユニット及びそれを備えた画像読取装置を提供することを目的とする。

本発明のイメージセンサユニットは、光源と、前記光源から入光した光を出光面から出光させる導光体と、前記導光体の出光面から出光した光のうちＳ波を遮断し、Ｐ波を通過させる偏光フィルタと、前記原稿からの反射光を結像する結像素子と、前記結像素子によって結像された反射光を電気信号に変換する光電変換素子とを備えたことを特徴とする。
また、本発明のイメージセンサユニットの他の特徴とするところは、前記偏光フィルタは、前記導光体の出光面と前記原稿との間に配置される点にある。
また、本発明のイメージセンサユニットの他の特徴とするところは、前記偏光フィルタは、前記原稿と前記結像素子との間、又は、前記結像素子と前記光電変換素子との間に配置される点にある。
本発明の画像読取装置は、本発明のイメージセンサユニットを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、Ｓ波を遮断し、Ｐ波を主とする光を原稿に照明することにより、原稿の光沢の有無によらず安定した画像の読み取りが可能となる。

図１は、本実施形態のイメージスキャナーの外観を示す斜視図である。 図２は、本実施形態のＣＩＳユニットの構成を示す模式図である。 図３（ａ）は、本実施形態のＣＩＳユニットの各部の位置関係を示す模式図、図３（ｂ）は、Ｓ波の振動方向を示す模式図、図３（ｃ）はＰ波の振動方向を示す模式図である。 図４（ａ）は、普通紙の場合に入射角３０度で光を紙面に照射した状態のイメージを示す図、図４（ｂ）は、光沢紙の場合に入射角３０度で光を紙面に照射した状態のイメージを示す図である。 図５（ａ）は、図４（ａ）において、正反射方向への拡散、反射した光の強度分布をゴニオメータで測定した結果を示す図、図５（ｂ）は、図４（ｂ）において、正反射方向への拡散、反射した光の強度分布をゴニオメータで測定した結果を示す図である。 図６は、Ｐ波及びＳ波を合わせた光を照射したときの鉛直方向の成分の強度及び正反射成分の強度を示す特性図である。 図７（ａ）は、Ｓ波を主とする光を照射したときの鉛直方向の成分の強度及び正反射成分の強度を示す特性図、図７（ｂ）は、Ｐ波を主とする光を照射したときの鉛直方向の成分の強度及び正反射成分の強度を示す特性図である。 図８は、他の実施形態のイメージスキャナーの外観を示す斜視図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態のＣＩＳユニットの各部の位置関係を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下で説明する各図では、必要に応じてイメージセンサユニットの主走査方向を矢印Ｍで示し、副走査方向を矢印Ｓで示している。

（第１の実施形態）
まず、画像読取装置として、フラットベッド方式のイメージスキャナー１の構造について図１を参照して説明する。図１は、フラットベッド方式のイメージスキャナー１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、イメージスキャナー１は、筐体２と、原稿を覆うことができるように筐体２に対して開閉自在に設けられるプラテンカバー３と、を備える。

筐体２には、プラテンガラス４、密着型イメージセンサユニット（以下、ＣＩＳユニット５という）、保持部材６、スライドシャフト７、駆動モータ８、ワイヤ９等が設けられる。プラテンガラス４は原稿載置部としてのガラス製の透明板である。プラテンガラス４上に原稿を載置するときは、原稿の読み取り面をプラテンガラス４側に向ける。ＣＩＳユニット５は、プラテンガラス４上に載置された原稿の画像を光学的に読み取って電気信号に変換する。ＣＩＳユニット５の詳細な構成については後述する。保持部材６は、ＣＩＳユニット５の周囲を囲むように保持する。駆動モータ８を駆動することによってワイヤ９を介して、保持部材６に保持されたＣＩＳユニット５が、スライドシャフト７に沿って読取方向（副走査方向）に移動する。

次に、ＣＩＳユニット５の構成部品と光源１０からの光路との関係について図２、図３（ａ）を参照して説明する。図２は、ＣＩＳユニット５の構成を示す模式図、図３（ａ）は、ＣＩＳユニット５の各部の位置関係を示す模式図である。ＣＩＳユニット５は、光源１０と、導光体１１と、偏光フィルタ１２と、ロッドレンズアレイ１３と、光電変換素子１４が実装されたセンサ基板１５とを備える。

光源１０は、原稿を照明するためのものであり、例えば赤緑青３色の発光波長を持つ発光素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂを有している。光源１０は、発光素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂを順次点灯駆動することによって光を照射する。

導光体１１は、光源１０から照射された光を上述したプラテンガラス４上に載置された原稿へと導くものであり、原稿の幅に対応した長さの細長状に形成されている。導光体１１は、アクリル樹脂やポリカーボネート等の透明プラスチックにより形成される。導光体１１の長手方向（主走査方向）の一方側の端面は、光源１０からの光が入光する入光面１１ａである。ＣＩＳユニット５では、光源１０からの光を効率よく導光体１１に入光させるように、光源１０の発光素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂが入光面１１ａに対向して配置される。また、導光体１１の長手方向に沿い、かつプラテンガラス４上の原稿と対向する面は、導光体１１に入光した光を出光させる出光面１１ｂである。また、出光面１１ｂと対向する面は、入光面１１ａからの光を導光体１１の内部で反射させる反射面１１ｃである。したがって、導光体１１は、入光面１１ａから入光した光を反射面１１ｃで散乱させ、出光面１１ｂから出光させる。

偏光フィルタ１２は、導光体１１の出光面１１ｂから出光した光のうちＳ波を遮断し、Ｐ波を通過させて原稿を照明する。偏光フィルタ１２は、導光体１１の長さに対応した長さの板状に形成され、導光体１１の出光面１１ｂに対向するように、導光体１１の出光面１１ｂとプラテンガラス４との間に配置されている（図３（ａ）を参照）。Ｓ波は、入射面すなわち原稿の読み取り面に対して電場が垂直に振動する偏光であり、Ｓ偏光とも呼ばれる（図３（ｂ）を参照）。また、Ｐ波は、入射面すなわち原稿の読み取り面に対して電場が平行に振動する偏光であり、Ｐ偏光とも呼ばれる（図３（ｃ）を参照）。以上のようにした光源１０、導光体１１及び偏光フィルタ１２は、原稿を照明する照明装置として機能する。

ロッドレンズアレイ１３は、正立等倍結像型の結像素子を導光体１１の長手方向と同方向に複数配列したものである。ロッドレンズアレイ１３は、原稿からの反射光をセンサ基板１５に実装された光電変換素子１４に結像する。

センサ基板１５は、ロッドレンズアレイ１３により結像された反射光を電気信号に変換する光電変換素子１４を導光体１１の長手方向と同方向に複数並べて実装したものである。ロッドレンズアレイ１３及び光電変換素子１４は、原稿の幅に対応する長さに形成されている。

上述したように構成されるＣＩＳユニット５を備えたイメージスキャナー１で原稿の読み取りを行う場合、イメージスキャナー１は原稿の読み取り開始位置までＣＩＳユニット５を移動する。読み取り開始位置に移動したＣＩＳユニット５は、光源１０の発光素子１０ｒ、１０ｇ、１０ｂを順次点灯する。光源１０からの光は、導光体１１の入光面１１ａから入光した後、出光面１１ｂから均一に出光する。導光体１１を出光した光は、偏光フィルタ１２を通過してＳ波が遮断され、Ｐ波が主となった状態で、原稿の読み取り面を主走査方向に沿ってライン状に照射される。原稿に照射されたＰ波を主とする光は、読み取り面で反射した後、ロッドレンズアレイ１３によってセンサ基板１５に実装された光電変換素子１４に結像する。光電変換素子１４は、結像した反射光を電気信号に変換する。ＣＩＳユニット５は、赤緑青全ての反射光を変換することで、主走査方向に沿った１走査ラインの読み取り動作が終了する。

続いて、イメージスキャナー１は、ＣＩＳユニット５を１走査ライン分だけ副走査方向に移動する。ＣＩＳユニット５は、上述したのと同様に１走査ラインの読み取り動作を行う。このように、ＣＩＳユニット５が１走査ラインの移動と読み取り動作とを繰り返すことで、原稿の読み取り面全面の読み取りを行うことができる。イメージスキャナー１では、ＣＩＳユニット５によって変換された電気信号を、必要に応じて画像処理したり、記憶部に画像データとして記憶したりすることで、プラテンガラス４上に載置された原稿全面の読み取りが完了する。

以下では、本発明を適用できるイメージセンサユニット及びそれを用いた画像読取装置の作用、効果について説明する。まず、紙質の違いによる反射光成分の差異について述べる。図４（ａ）は、普通紙の場合に入射角α＝３０度で光を紙面に照射した状態のイメージを示す図、図４（ｂ）は、光沢紙の場合に入射角α＝３０度で光を紙面に照射した状態のイメージを示す図である。図５（ａ）は、図４（ａ）において、正反射方向への拡散、反射した光の強度分布をゴニオメータで測定した結果を示す図、図５（ｂ）は、図４（ｂ）において、正反射方向への拡散、反射した光の強度分布をゴニオメータで測定した結果を示す図である。なお、ここで照射する光は、Ｐ波及びＳ波を合わせたものである。

原稿が普通紙の場合、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、ほぼランバート散乱に近く、紙面に垂直の成分が強いことが観察された。この場合、法線ベクトルＮに対して任意の角度θ方向の出射光強度Ｉ_Lは、法線方向の反射光強度Ｉ_N、法線ベクトルＮと光ベクトルＬとの間の角度θとして、
Ｉ_L＝Ｉ_Nｃｏｓθ
に近い関係が見られる。それに対して、原稿が光沢紙の場合、図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、強い正反射成分、即ちθ＝α方向の出射光が観測された。この結果からも、原稿が光沢紙である場合、原稿を照明したときに、強く正反射してしまうことが確認された。通常、原稿の読み取りには、法線方向の反射光強度Ｉ_Nを用い、それ以外の方向の光線は迷光となるものである。

次に、原稿が光沢紙の場合に、入射角を変化させて、光を紙面に照射し、紙面で拡散、反射した光の鉛直方向（紙面の法線方向）の成分の強度及び正反射成分の強度をゴニオメータで測定した。ここで照射する光は、Ｐ波及びＳ波を合わせたものである。図６は、鉛直方向の成分の強度及び正反射成分の強度を示す特性図であり、横軸が入射角、縦軸が強度を表わす。図６に示す結果からも、鉛直方向の成分は入射角に依存しないが、正反射成分は入射角に依存し、入射角が大きいほど大きくなることが確認された。

次に、原稿が光沢紙の場合に、入射角を変化させて、偏光成分としてＳ波を主とした光を紙面に照射し、紙面で拡散、反射した光の鉛直方向（紙面の法線方向）の成分の強度及び正反射成分の強度をゴニオメータで測定した。図７（ａ）は、Ｓ波を主とする光を照射したときの鉛直方向の成分の強度及び正反射成分の強度を示す特性図であり、横軸が入射角、縦軸が強度を表わす。

同様に、原稿が光沢紙の場合に、入射角を変化させて、偏光成分としてＰ波を主とした光を紙面に照射し、紙面で拡散、反射した光の鉛直方向（紙面の法線方向）の成分の強度及び正反射成分の強度をゴニオメータで測定した。図７（ｂ）は、Ｐ波を主とする光を照射したときの鉛直方向の成分の強度及び正反射成分の強度を示す特性図であり、横軸が入射角、縦軸が強度を表わす。

図７（ａ）、（ｂ）に示す結果から、正反射成分としては主としてＳ波から生成されていることが確認された。換言すれば、Ｐ波を主とする光を原稿に照射すれば、正反射成分を低減できるので、光電変換素子が意図しない正反射成分を受けることにより生じる光電変換素子の電荷の飽和を低減できるものである。これにより、読み取り画像に白い筋が写り込む（白とび）等の影響を低減でき、原稿の光沢の有無によらず安定した画像の読み取りが可能となる。また、図７（ｂ）の丸で囲んだ部分に示すように、ブリュースター角で照射すると、正反射成分を極小値にできることが確認された。

なお、第１の実施形態では偏光フィルタ１２を板状とした例を説明したが、それに限定されるものではない。一例を挙げれば、図８に示すように、偏光フィルタ１２をフィルム状とし、導光体１１の出光面１１ｂの全面に貼着するような形態でもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。なお、画像読取装置及びＣＩＳユニット５の基本構成は第１の実施形態と同様であり、以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

意図しない正反射成分による影響を低減するためには、原稿の読み取り面に対してＳ波となる偏光成分を遮断する必要がある。したがって、Ｓ波を遮断する偏光フィルタ１２は、導光体１１の出光面１１ｃより後段に配置する必要がある。導光体１１内では入光面１１ａから入光した光が散乱するため、導光体１１の前段に偏光フィルタ１２を配置しても、出光面１１ｃから出光するときに原稿の読み取り面に対してＳ波となる偏光成分を遮断することはできないからである。

そこで、第１の実施形態では、偏光フィルタ１２を、導光体１１の出光面１１ｃと原稿との間に配置したが、第２の実施形態では、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、偏光フィルタ１２を、原稿とロッドレンズアレイ１３との間、又は、ロッドレンズアレイ１３と光電変換素子１４との間に配置している。この場合、原稿が波打っていたり、原稿に皺があったりして、意図しない正反射成分が光電変換素子１４に向かっても、主としてＳ波から生成されている正反射成分を遮断できるので、光電変換素子が意図しない正反射成分を受けることにより生じる光電変換素子の電荷の飽和を低減できるものである。これにより、読み取り画像に白い筋が写り込む（白とび）等の影響を低減でき、原稿の光沢の有無によらず安定した画像の読み取りが可能となる。

なお、第２の実施形態でも偏光フィルタ１２を板状とした例を説明したが、それに限定されるものではなく、例えば偏光フィルタ１２をフィルム状とし、ロッドレンズアレイ１３の入光面（図９でいう上端）や出光面（図９でいう下端）に貼着するような形態でもよい。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。

本発明のイメージセンサユニットはイメージスキャナー、ファクシミリ、複写機等の画像読取装置として有効に利用される。

１：イメージスキャナー、５：ＣＩＳユニット（密着型イメージセンサユニット）、１０：光源、１０ｒ、１０ｇ、１０ｂ：発光素子、１１：導光体、１１ａ：入光面、１１ｂ：出光面、１１ｃ：反射面、１２：偏光フィルタ、１３：ロッドレンズアレイ、１４：光電変換素子、１５：センサ基板

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源から入光した光を出光面から出光させる導光体と、
   前記導光体の出光面から出光した光のうちＳ波を遮断し、Ｐ波を通過させる偏光フィルタと、
   前記原稿からの反射光を結像する結像素子と、
   前記結像素子によって結像された反射光を電気信号に変換する光電変換素子とを備えたことを特徴とするイメージセンサユニット。
2. 前記偏光フィルタは、前記導光体の出光面と前記原稿との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサユニット。
3. 前記偏光フィルタは、前記原稿と前記結像素子との間、又は、前記結像素子と前記光電変換素子との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサユニット。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のイメージセンサユニットを備えたことを特徴とする画像読取装置。

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