JP2014236392A - 画像読取装置、及びマルチファンクションプリンタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３ラインＣＣＤと白色ＬＥＤを用いた画像読取装置で原稿を高解像度で高品位に読取ることである。
【解決手段】３ラインＣＣＤと白色ＬＥＤとＬＥＤからの光を原稿へ導く導光体とを備える。導光体において、原稿に向けて光を照射する出光面を凹形状となるように形成する。これにより、原稿台ガラス上の画像の読取領域において、導光体からの光がほぼ均一に照射されるようになる。
【選択図】図５

Description

本発明は画像読取装置、及びマルチファンクションプリンタ装置に関し、特に、例えば、白色ＬＥＤを用いて画像原稿を光学的な読込む画像読取装置、及びマルチファンクションプリンタ装置に関する。

従来より、光学的に画像を読取るスキャナ装置が知られている。

図９は従来のスキャナ装置の光学部の構成を示す側断面図である。画像の読取りに際して、図９に示すように、光源であるＬＥＤ１５からの光を導光体１を経て原稿台ガラス８を通して原稿画像に照射する。原稿画像により反射された反射光は、反射ミラー２、３、４、５、集光レンズ６からなる結像光学系を介して結像し、その結像光をＣＣＤ７を利用して電気信号に変換する。

初期のスキャナ装置ではカラー画像の読取りにおいて、色分解にプリズムを利用して、１つの光を３成分に分離していたのでＲ、Ｇ、Ｂ各色成分の読取位置は１箇所であった。しかしながら、このようなプリズムを使用したものでは、ＣＣＤが３つ以上必要で、部品点数もそれに付随して多くなり、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色成分のＣＣＤ位置調整が必要で、その調整が極めて困難であった。更にプリズムが高価でコストがかさむという問題があった。

このような問題を解決するために、３ラインＣＣＤを利用したスキャナ装置が提案された。しかしながら、３ラインＣＣＤを使用したスキャナ装置の場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色成分の読取位置が副走査方向にずれる。

図１０は３ラインＣＣＤを使用したスキャナ装置における光の分散を模式的に示す図である。図１０に示すように、ＬＥＤ１５から導光体１を経て照射される光の読取位置はＲＧＢ各色成分に対応して、原稿台ガラス８に置かれた画像原稿（不図示）上で副走査方向にずれている。

さて近年、技術発展によりＬＥＤの発光効率が従来はスキャナ装置の光源として用いられてきたＣＣＦＬ（冷陰極管ランプ）に迫るまで改良され、その光源も水銀を含まないＬＥＤに置き換わってきている。例えば、特許文献１には、３ラインカラーＣＣＤに対応するために３ラインの読取位置を別々に照明するＬＥＤ照明装置が開示されている。また、特許文献２には、円柱状のランプの光を反射板で上下方向別々の場所に集光させ全体として均一な照明光量を得る方法が示されている。さらに、特許文献３には、白色ＬＥＤの光を効率良く原稿台ガラス面上に導く導光体の形状が開示されている。

特開平１−１８１３７７号公報 特許第３２１７８７９号公報 特開２００８−１２３７６６号公報

３ラインＣＣＤを用いた場合は前述のようにＲＧＢの読取位置が副走査方向にずれているため照明装置はその読取幅を均一に照らす必要がある。例えば、図１０には、その幅がＣＣＤライン幅として示されている。もし、その幅を均一に照明できなければＣＣＤの各ラインの読取出力にばらつきが生じ、蓄積電荷が不足してノイズが増えたり、読取り情報が不正確になって読み取り色が本来の色とは別の色に変化してしまう。

ＣＣＦＬを用いていた従来のスキャナ装置では、その発光方向が３６０度あり、光が方向によって限定されておらず、反射板を用いて光量分布幅等を調整することが可能であった。ところが水銀の使用を停止する目的もあり光源をＬＥＤに置き換えた場合、ＬＥＤ発光は指向性が強い。つまり、ＣＣＦＬと違って光源全体が発光するわけでは無くひとつの小さな発光面のみが実質点状に光るため、反射板を用いて光量分布調整を行うことは困難である。

これを解決するため、図１０に示すように光源としてＬＥＤ１５を用いる場合、導光体１を用いて光の発光方向と拡散方向を制御することにより、原稿台ガラス８上で満足できる均一な光量分布が得ていた。図１０では導光体１の出光面９からの光量分布が示されている。この図はＬＥＤ１５からの光が導光体１の中を全反射しながら進み、原稿台ガラス８の上面まで達する光路追跡シミュレーションの結果を示している。

近年のスキャナ装置は高解像度化が進み、ＣＣＤ画素を解像度分だけ主走査方向に配置させなければならない。しかしながら、その実装技術に限界があるため、光学ユニットを小型に保ちつつ高解像度化に対応するためには、ＣＣＤ画素を副走査方向に複数ライン千鳥配列させる必要がある。このため、副走査方向に広がった各ＣＣＤラインに対して配光も均一に照明し、読取ることが要求される。

まとめると、ＣＣＤライン幅が十分に狭い場合、導光体の光で原稿台ガラス面上で均一な光量分布が得られるが、ＣＣＤライン幅が副走査方向に広くなる場合、図１０に示すＢ２、Ｇ１、Ｒ１のように光量が各色成分で大きく異なってしまう。

この対策として色分解にプリズムを利用して、１つの光を３色成分に分離してＲ、Ｇ、Ｂの読取位置を１箇所で行うように構成を戻せば、画像は暗くなるものの色味の変化は抑えることができる。しかし前述のようにコストと生産性の問題が起きてしまう。

図９に示すように、一般にスキャナ装置の光源からの光は画像原稿に対して斜め方向からしか照射することができない一方、ＣＣＤの読取光路は垂直方向となる。このため、ＣＣＤライン幅が広い読取り範囲に対し、光量と色味が変化すると言う不具合を防止することはかなり難しい。そこで特許文献２で示されているようにＣＣＦＬを使用し、異なる高さの位置を２つの照明ユニットで照明する方法が考えられる。即ち、小型のＬＥＤを３０個程度並べて配置したＬＥＤ基板及びその導光体を２つ用意し、読取部の片側に配置することで同等の効果を得ることが期待できる。更にこれらの照明ユニットを読取部の両側に配置し、同一高さで照明することで少なくとも光量分布の変化が左右対称となるためＲとＢの出力バランスは維持され色味変化が大幅に少なく、均一な照明効果も期待できる。

このような構成の場合、導光体は単純なプラスチック部品なので複数使用してもコストへの影響はほとんど無いが、ＬＥＤやＬＥＤを配列する基板が非常に高価なため、ＬＥＤ基板を複数設けることはコスト的に製品に採用しにくい問題があった。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、画像の読取範囲をほぼ均一な光量で照射して高品質な画像読取を行うことが可能な画像読取装置、及びマルチファンクションプリンタ装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明の画像読取装置は、次のような構成からなる。

即ち、光源からの光を原稿に照射し、前記原稿による反射光を受光して前記原稿のカラー画像をラインセンサで読取る画像読取装置であって、前記原稿を載置する原稿台ガラスと、前記光源としての白色ＬＥＤと、前記白色ＬＥＤからの光を前記原稿台ガラスに導く導光体とを有し、前記導光体の出光面は凹形状に形成されており、前記出光面から出た光は前記原稿の画像の読取領域を照明することを特徴とする。

また本発明を別の側面から見れば、上記画像読取装置と、その画像読取装置によって読取された画像を表す画像データ、或は外部から入力された画像データに基づいて記録媒体に画像を記録する記録手段とを有することを特徴とするマルチファンクションプリンタ装置を備える。

従って本発明によれば、画像の読取範囲を均一な光量で照射するので、例えば、カラー画像の読取りにおいても、色味変化を抑えた高品質な画像読取を行うことができるという効果がある。

本発明の代表的な実施例であるマルチファンクションプリンタ（ＭＦＰ）装置の概観斜視図である。 図１で示したＭＦＰ装置の上部に備え付けられた画像読取装置の断面図である。 画像読取装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 白色ＬＥＤから出た光が数回、導光体の中を全反射を繰り返しながら進む様子を模式的に示す図である。 導光体の構成を説明するための斜視図である。 、 光学ユニット２４０の光路を示した断面図である。 実施例２に従う光学ユニット２４０の光路を示した断面図である。 従来のスキャナ装置の構成を示す側断面図である。 従来のスキャナ装置における導光体の光線を追跡シミュレーションした図である。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。なお、既に説明した部分には同一符号を付し重複説明を省略する。

なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

最初に共通実施例として用いるマルチファンクションプリンタ装置（以下、ＭＦＰ装置）の構成について説明する。

＜ＭＦＰ装置＞
図１は本発明の代表的な実施例であるＭＦＰ装置１００の概観斜視図である。

ＭＦＰ装置は、接続されたホスト（不図示）からの画像データに基づいて、記録用紙などの記録媒体に画像を記録する以外に、メモリカードなどに格納された画像データに基づいた記録や画像原稿を読取って複写することができる。

図１において、（ａ）は原稿カバー１０３が閉じられた状態を示しており、（ｂ）は記録媒体の載置トレー１０１、排紙トレー１０２、及び原稿カバー１０３が開けられた状態を示している。

また、光学ユニット（後述）を搭載する読取部は画像原稿を読取り、Ｒ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のアナログ輝度信号を出力する。カードインタフェース１０９は、例えば、デジタルスチルカメラ（不図示）で撮影された画像ファイルを記録したメモリカードなどを挿入して、操作部１０４の所定の操作に従い、そのメモリカードから画像データを読み込むのに使用される。また、ＭＦＰ装置１００にはＬＣＤ１１０のような表示部が設けられている。ＬＣＤ１１０は操作部１０４による設定内容の表示や機能選択メニューの表示のために用いられる。

図２は図１で示したＭＦＰ装置の上部に備え付けられた画像読取装置（スキャナ装置）の断面図である。

図２に示すように、画像読取装置２００は本体部２１０と読取対象となる原稿２２０を押さえつけ外部からの光を遮光する圧板２３０とから構成される。圧板２３０は原稿カバー１０３の裏面にセットされている。本体部２１０には光学ユニット２４０、光学ユニット２４０と電気的に接続された回路基板２５０、光学ユニット２４０を走査させる際のレールとなるスライディングロッド２６０、原稿台ガラス２７０が備えられる。光学ユニット２４０は原稿２２０に光を照射し、その反射光を受光して電気信号に変換し、ＲＧＢの色成分ごとに画像を読み取るラインセンサとして３ラインＣＣＤ（３ラインセンサ）３００が内蔵される。なお、ラインセンサは、ＣＣＤ方式に限らずＣＭＯＳ方式であってもよい。画像読取の際には原稿台ガラス２７０上に置かれた原稿２２０を光学ユニット２４０が矢印Ｂの方向（副走査方向）に走査することにより原稿２２０に記録された画像の読取を行う。なお、図２では、主走査方向は紙面に対して垂直方向となる。

図３は画像読取装置の制御回路の構成を示すブロック図である。

なお、図３において、既に図１〜図２において説明した構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。

光学ユニット２４０はＬＥＤ駆動回路４０３の駆動制御により１ライン毎に白色ＬＥＤ３０３を点灯させることにより、線順次にカラー画像を読み取る。

増幅器（ＡＭＰ）４０４は光学ユニット２４０より出力されたＲＧＢ各色成分の信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換回路４０５はその増幅された電気信号をＡ／Ｄ変換して、例えば、各画素各色成分１６ビットのデジタル画像データを出力する。画像処理部６００は、Ａ／Ｄ変換回路４０５によって変換されたデジタル画像データを処理する。インタフェース制御回路４０６は画像処理部６００から画像データを入力して、外部装置４１２との間で制御データの授受や画像データの出力を行う。また、画像処理部６００からの画像データは画像記録部にも出力することができる。外部装置４１２とは、例えば、パーソナルコンピュータ（不図示）などである。

操作部１０４からの動作指示は、マイクロコンピュータ形態のＣＰＵ４０９により制御される。その制御はＲＯＭ４１０に格納された処理プログラムをＣＰＵ４０９が読み出し、ＲＡＭ４１１を作業領域として用いて実行される。さらに、図４において、４０７は、例えば、水晶発振器などの基準信号発振器（ＯＳＣ）、４０８はＣＰＵ４０９の設定に応じて基準信号発振器４０７の出力を分周して動作の基本となる各種タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路である。

パーソナルコンピュータ（外部装置４１２）からの指示に基づいて動作する場合には、コピー、画像読取（スキャン）等の指示がパーソナルコンピュータからを介して、ＣＰＵ４０９に発令される。以降の動作はＭＦＰ装置単体としてコピーや画像読取（スキャン）動作を行う場合と同じである。

ＬＥＤ４１４はＬＣＤ１１０のバックライト光源となるＬＥＤであり、タイミング信号発生回路４０８から出力される点灯信号により点灯制御される。

画像記録部７００は、インタフェース制御回路４０６からの画像データを画素毎に「記録する」「記録しない」の２値データに変換し、記録媒体に記録剤を用いて画像を記録する。この実施例では、画像記録部７００には、インクジェットプリンタを用いている。しかしながら、この他にも、例えば、電子写真方式を用いたレーザビームプリンタ、或は昇華型プリンタなどを用いることができる。これらのプリンタについては公知なので、ここではその詳細な説明は省略する。

次に、以上の構成のＭＦＰ装置の光学ユニットの実施例について詳細に説明する。

図４は白色ＬＥＤから出た光が数回、導光体の中を全反射を繰り返しながら進む様子を模式的に示す図である。

図４に示すように、導光体３０４の凹曲形状出光面から出た光は原稿台ガラス２７０で２回屈折しながら原稿を照明する。光学ユニット２４０は３ラインＣＣＤ３００を用いているので、ＲＧＢ各色の読取り光路はそれぞれ別々の光路となる。図４において、ＲＧＢで示される３本の線はそれぞれ赤（Ｒ成分）、緑（Ｇ成分）、青（Ｂ成分）の読取り光路を示している。３本の光路は、図９で示したような複数の反射ミラー２，３，４，５と反射を繰り返しながら進み、レンズユニット６へ到達する。レンズユニット６を通過した光は３ラインＣＣＤ３００の中の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各々のセンサに結像する。

図４に示されているように、原稿台ガラス２７０の上面において、導光体３０４の出光面３０５から出た光の光量分布は読取り光路ＲＧＢに対してバランス良くなるようになっている。これにより、白色ＬＥＤ１５の光を極めて効率的に使って原稿を照明している。白色ＬＥＤ３０３の発光効率はＣＣＦＬの発光効率である１００ｌｍ／Ｗを凌駕しつつあるが、コスト的にはＣＣＦＬに対して数倍であるので、光を無駄に使う訳にはいかない。導光体３０４はまさにこの要求に答える最適な仕組みである。

図５は導光体３０４の構成を説明するための斜視図である。

図５の例では、白色ＬＥＤ３０３は複数の白色ＬＥＤチップ３０３−１〜３０３−８で構成される。図示していないが、光学ユニット２４０は、合計２４個の白色ＬＥＤを用いて２１６ｍｍ幅の原稿を照明している。これらの白色ＬＥＤチップはフレキシブルプリント基板１８に実装される。白色ＬＥＤ１５は発光効率が高いとは言え発熱量も多いため放熱効率の高い薄いプリント基板に実装しなければならない。しかしながら、フレキシブルプリント基板は非常に高価なためその使用面積は可能な限り小さくしなければならない。それに比べれば導光体３０４は安価でありフレキシブルプリント基板１８の面積は押さえなくてはならないが、導光体の数を増やすだけならそれほどコストに影響はしない。

フレキシブルプリント基板１８のコストは面積に比例する。同一面積ならフレキシブルプリント基板を２つに分割して構成してもコストはかわらない。従って、ひとつの平面内でフレキシブルプリント基板を、例えば、長手方向中央で分割して半分の長さの基板２枚にして並べても良いのはもちろんである。

いずれにしても、この実施例では、ＬＥＤを実装するプリント基板の個数は増やさず、原稿面上の読取り領域を幅広くほぼ均一に照明できる導光体を用いる。

さらに図５から分かるように、導光体３０４の出光面３０５は２つの出光面３０５ａ、３０５ｂとから構成され、これら２つの出光面により凹形状を形成する。このような形状を出光面として採用することにより、図１０で示したような従来の導光体の出光面（フラットな面）と比べて、集光特性が変化し、光量分布が変化する。なお、この２つの出光面それぞれは、フラットな面でも良いし、曲面でもよい。いずれにしても、凹形状の出光面が形成される。

図６は光学ユニット２４０の光路を示した断面図である。

図６に示すように、白色ＬＥＤ３０３から出た光は、導光体３０４の中を全反射しながら進み、出光面３０５から出射される。出光面３０５から出た光は原稿台ガラス２７０で２回屈折しながら進む。この例では、原稿台ガラス２７０の表面上での光量分布が、ＣＣＤライン幅（読取領域）０．６７ｍｍにわたってＲＧＢ読取り光路であるＲ１、Ｇ１、Ｂ１に対してほぼ均一になるように最適化されている。これにより画像原稿は最適な光量分布で照明される。

図７は光学ユニット２４０の光路を示した断面図である。

図７に示す例では、ＣＣＤライン幅が１．９１ｍｍと、図６に示す例と比較して、広い読取り光路となっている。図７に示すように、原稿台ガラス２７０の表面上での光量分布が、ＣＣＤライン幅１．９１ｍｍにわたってＲＧＢ読取り光路であるＲ２、Ｇ１、Ｂ２に対してほぼ均一になるように最適化されている。

図６〜図７から分かるように、原稿台ガラス２７０上において、狭いＣＣＤライン幅間でも広いＣＣＤライン幅でもＲＧＢ読取光路に対して均一な光量が得られる。

従って以上説明した実施例に従えば、導光体の出光面を凹形状に形成することにより、ＲＧＢ読取光路に対して均一な光量を得ることができる。さらに、ＣＣＤライン幅に係りなく色味変化の無い読取りを行うことができる。

図８は実施例２に従う光学ユニット２４０の光路を示した断面図である。

この実施例では、凹曲形状である基本出光面２４を持つ導光体（第１の導光体）３０４に加え、導光体３０４に隣接して凹曲形状である補助出光面２３を持つ導光体（第２の導光体）３０４ａを備える。そして、２つの導光体３０４と導光体３０４ａとの間にはエアギャップ１９及び２０が設けられており、各々の導光体に入った光は各々の導光体の中を全反射しながら進んでいく。従って、白色ＬＥＤ３０３から出射された光は各々の導光体３０４及び３０４ａへ分割されて入射する。

以上の構成により実施例１と同様に基本出光面２４から出射された光は原稿台ガラス２７０の表面ぴったりの位置での光量分布がＲＧＢ読取り光路に対して最適になるようになっている。一方、補助出光面２３から出射された光は同様に原稿台ガラス２７０で２回屈折して進む。この光は原稿台ガラス２７０の表面では大部分が読取り位置の外側を通ることになるので読取りはほぼ基本出光面２４からの光により行われる。

このような構成により、原稿台ガラス２７０に密着させることが可能な原稿は最適な光量分布で照明される。一方、原稿台ガラス２７０の表面から３ｍｍ浮いた位置での光量分布は基本出光面２４から出射された光と、補助出光面２３から出射された光の和となる。この例は、図８の点線で示されたように合算された光がＲＧＢ読取り光路に対して最適になるようになっている。これにより原稿台ガラス２７０面上おいて、ＣＣＤライン幅の広い光路に対しても色味変化の無い読取りを行うことが可能となる。

従って以上説明した実施例に従えば、平面的な原稿のみならず原稿台ガラスに密着させることのできない立体物を読取った時も不自然な色味変化が少ない高品質な画像読取を実現できる。加えて、ＬＥＤ照明を用いながらも、ＣＣＦＬを採用したスキャナ装置とまったく遜色の無い画像を得ることが可能となる。

Claims (7)

1. 光源からの光を原稿に照射し、前記原稿による反射光を受光して前記原稿のカラー画像をラインセンサで読取る画像読取装置であって、
   前記原稿を載置する原稿台ガラスと、
   前記光源としての白色ＬＥＤと、
   前記白色ＬＥＤからの光を前記原稿台ガラスに導く導光体とを有し、
   前記導光体の出光面は凹形状に形成されており、前記出光面から出た光は前記原稿の画像の読取領域を照明することを特徴とする画像読取装置。
2. 前記導光体の出光面は複数の出光面により凹形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
3. 前記複数の出光面それぞれは、フラットな面、或いは、曲面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。
4. 前記導光体は、互いに隣接した第１の導光体と第２の導光体とを備え、
   前記第１の導光体と前記第２の導光体との間にはエアギャップが設けられ、
   前記第１の導光体からの光と前記第２の導光体からの光は前記原稿台ガラスの異なる位置を照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
5. 前記ラインセンサは、ＲＧＢの色成分ごとに画像を読み取る３ラインセンサを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
6. 前記３ラインセンサでの前記反射光の受光のために、前記読取領域からの前記反射光はＲＧＢ各色成分を読取る光路に分けられることを特徴とする請求項５に記載の画像読取装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像読取装置と、
   前記画像読取装置によって読取された画像を表す画像データ、或は外部から入力された画像データに基づいて記録媒体に画像を記録する記録手段とを有することを特徴とするマルチファンクションプリンタ装置。

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