JP2018157503A - 読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射部材により形成された光路を外れて進む光があっても、曲面鏡として凹面鏡だけを用いる場合に比べて、その光が反射部材に当たりにくいようにすること。【解決手段】イメージセンサ５は、光路形成部４が形成する光路の終端に配置され、光路を通って到達した原稿からの光に基づいて原稿上の画像を読み取る。ミラー３０は、光路Ａ１において絞り４０の１つ上流側に配置されて光路Ａ１を形成する凹面鏡である。また、ミラー２０は、光路Ａ１においてミラー３０よりも上流側に配置されて光路Ａ１を形成する凸面鏡である。本実施例では、ミラー２０は、光路Ａ１を形成する複数の曲面鏡（ミラー２０、３０、５０）のうちでは、光路Ａ１において最も上流側に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、読取装置に関する。

特許文献１には、自由曲面である反射面をそれぞれ有する４つの結像光学素子を用いて原稿読取装置の光学系を構成する技術が開示されている。

特開２００７−０５３８０３号公報

反射面を有する反射部材（平面鏡、凹面鏡又は凸面鏡等のミラー）でイメージセンサまでの光路を形成する場合、光路の折り返しが可能なので透過部材（レンズ）を用いる場合に比べて小型にできる。一方、想定された光路を光が進む場合はよいが、例えば光の入り具合によっては想定された光路を外れて光が進む場合がある。その場合に、反射部材が光路に接近していると、光路を外れて進む光が反射部材に当たって予期せぬ方向に進んで外乱の原因になることがある。
本発明は、反射部材により形成された光路を外れて進む光があっても、曲面鏡として凹面鏡だけを用いる場合に比べて、その光が反射部材に当たりにくいようにすることを目的とする。

本発明の請求項１に係る読取装置は、光路の終端に配置されるイメージセンサと、前記光路を進む光の光量を規制する絞りと、前記光路において前記絞りの１つ上流側に配置されて当該光路を形成する凹面鏡と、前記光路において前記凹面鏡よりも上流側に配置されて前記光路を形成する凸面鏡とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る読取装置は、請求項１に記載の構成において、前記凸面鏡は、前記光路を形成する複数の曲面鏡のうちでは、当該光路において最も上流側に配置されることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る読取装置は、請求項１又は２に記載の構成において、前記絞りには、赤外線フィルタが設けられることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る読取装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の構成において、前記イメージセンサはラインセンサであり、長手方向が走査方向に沿う向きで設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、反射部材により形成された光路を外れて進む光があっても、曲面鏡として凹面鏡だけを用いる場合に比べて、その光が反射部材に当たりにくいようにすることができる。
請求項２に係る発明によれば、他の位置に比べて光路を外れて進む光が多く発生する位置においてその光が反射部材に当たりにくいようにすることができる。
請求項３に係る発明によれば、装置の小型化を可能にしつつ、絞り以外の位置に赤外線フィルタを設ける場合に比べて、装置を小型化することができる。
請求項４に係る発明によれば、エリアセンサを備える場合に比べて、平面状の画像を読み取りやすくすることができる。

実施例に係る画像読取装置の全体構成を表す図 光路形成部の外観を表す図 主走査方向に見た光路形成部を表す図 仮想の光路形成部を表す図 副走査方向に見た光路形成部を表す図 変形例の光路形成部を表す図

［１］実施例
図１は実施例に係る画像読取装置１の全体構成を表す。画像読取装置１は、画像読取の対象物からの光に基づいて画像を読み取る装置であり、本発明の「読取装置」の一例である。画像読取装置１は、文字や絵などが描かれた原稿を画像読取の対象とする。画像読取装置１は、原稿設置部２と、光源部３と、光路形成部４と、イメージセンサ５と、画像処理部６とを備える。

原稿設置部２は、原稿を設置する透明な台と設置された原稿を押さえ付けるカバーとを有し、画像読取の対象となる原稿が設置される。光源部３は、主走査方向に並べて配置された複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を有し、原稿設置部２に設置された原稿に光を照射する。光源部３は、光を照射する位置を副走査方向に移動させながら原稿の全体に光を照射する。

光路形成部４は、複数のミラーを有し、光源部３からの光を原稿が反射した光の経路、すなわち光路を形成する。光路形成部４は、原稿からイメージセンサ５までの光路を形成する。イメージセンサ５は、例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサであり、受光素子が長手方向に配置されたラインセンサである。イメージセンサ５は、光路形成部４が形成する光路の終端に、その長手方向が主走査方向に沿う向きで設けられ、光路を通って到達した原稿からの光（光線）に基づいて原稿上の画像を読み取る。

画像読取装置１においては、光源部３、光路形成部４及びイメージセンサ５がユニットとなっており、このユニットが一体となって副走査方向に移動する。そのため、イメージセンサの位置が固定される場合に比べて、光路長が短くなり、装置を小型にしてもよくなっている。画像処理部６は、イメージセンサ５が読み取った画像を処理し、例えば画像データを生成してＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶媒体に記憶させたり外部装置に送信したりする。

図２は光路形成部４の外観を表す。図３は主走査方向Ｂ１に見た光路形成部４を表す。図２では、原稿Ｇ１及びイメージセンサ５と、原稿Ｇ１からイメージセンサ５までの光路Ａ１を形成する光路形成部４とが表されている。光路Ａ１は、原稿Ｇ１において主走査方向Ｂ１に並ぶ各位置で反射される光の経路によって表されている。光路形成部４は、ミラー１０と、ミラー２０と、ミラー３０と、絞り４０と、ミラー５０とを備える。原稿からの光は、ミラー１０、２０、３０の順で各ミラーに反射し、絞り４０を通って、ミラー５０の順で各ミラーに反射してイメージセンサ５に到達する。光路形成部４は、図２に表すように、光軸が共通していない非共軸の反射光学系である。

つまり、ミラー１０は光路Ａ１におけるミラー２０の上流側に、光路Ａ１においてミラー２０に隣接して配置されている。以下では上流側又は下流側と言った場合、光路Ａ１における上流側又は下流側を表すものとする。また、ミラー同士が隣接するとは、それらのミラー間の光路Ａ１に他のミラーが配置されていないことを意味し、言い換えると、上流側のミラーから出射された光が直接下流側のミラーに入射するように両ミラーが配置されていることを意味するものとする。これは、ミラーと絞り４０とが隣接する場合でも同様である。

ミラー２０は、ミラー１０の下流側で且つミラー３０の上流側に、ミラー３０に隣接して配置されている。ミラー３０は、ミラー２０の下流側で且つ絞り４０の上流側に、絞り４０に隣接して配置されている。絞り４０は、ミラー３０の下流側で且つミラー５０の上流側に、ミラー５０に隣接して配置されている。ミラー５０は、絞り４０の下流側で且つイメージセンサ５の上流側に、イメージセンサ５に隣接して配置されている。

ミラー１０は、平らな鏡面１１を有する平面鏡である。ミラー２０は鏡面２１を有し、ミラー３０は鏡面３１を有し、ミラー５０は鏡面５１を有する。鏡面２１、３１、５１は、いずれも鏡面が自由曲面の形をしている。自由曲面とは、球面や円柱の外周面などとは異なる複雑な形をした曲面であり、例えば、ｚ＝Ｃ₀₂×ｙ²＋Ｃ₂₀×ｘ²＋Ｃ₀₃×ｙ³＋Ｃ₂₁×ｘ²×ｙ²＋Ｃ₀₄×ｙ⁴＋Ｃ₂₂×ｘ²×ｙ²＋Ｃ₄₀×ｘ⁴＋Ｃ₀₅×ｙ⁵＋Ｃ₂₃×ｘ²×ｙ³＋Ｃ₄₁×ｘ⁴×ｙ＋Ｃ₀₆×ｙ⁶＋Ｃ₂₄×ｘ²×ｙ⁴＋Ｃ₄₂×ｘ⁴×ｙ²＋Ｃ₆₀×ｘ⁶というｘｙ多項式で形状が表される。このｘｙ多項式は、鏡面の長手方向をＸ軸、鏡面の短手方向をＹ軸、鏡面の中心の法線方向をＺ軸としたＸＹＺ座標系における曲面を表す。

ミラー２０は、鏡面２１が膨らんだ形をした凸面鏡である。ミラー３０、５０は、鏡面３１、５１が凹んだ形をした凹面鏡である。つまり、ミラー３０は、光路Ａ１において絞り４０の１つ上流側に配置されて光路Ａ１を形成する凹面鏡である。また、ミラー２０は、光路Ａ１においてミラー３０よりも上流側に配置されて光路Ａ１を形成する凸面鏡である。本実施例では、ミラー２０は、光路Ａ１を形成する複数の曲面鏡（ミラー２０、３０、５０）のうちでは、光路Ａ１において最も上流側に配置されている。ミラー２０は本発明の「凸面鏡」の一例であり、ミラー３０は本発明の「凹面鏡」の一例である。

鏡面が曲面の形をしたミラーにおいて、その曲面の曲がり（カーブ）のきつさのことをパワーと呼ぶことがある。パワーが０だと曲がりがなくて平面になり、パワーがプラスだと光を集約する凹面になり、パワーがマイナスだと光を拡散させる凸面になる。つまり、ミラー１０の鏡面１１はパワーが０（平面）であり、ミラー２０の鏡面２１はパワーがマイナス（凸面）であり、ミラー３０、５０の鏡面３１、５１はパワーがプラス（凹面）である。

自由曲面の場合、上記多項式のうちの二次式の係数でパワーが決まる。例えば上記のｘｙ多項式が用いられる場合であれば、ミラーの長手方向のパワーｐ＝４×Ｃ₂₀であり、短手方向のパワーｐ＝４×Ｃ₀₂である。ミラーの焦点距離ｆは、パワーの逆数（ｆ＝１／ｐ）で表される。例えば凸面鏡であるミラー２０は、パワーがマイナスなので、パワーがプラスの凹面鏡を用いる場合に比べて、焦点距離ｆが長くなっている。

仮に、ミラー２０の代わりにパワーがプラスの凹面鏡を配置すると、次の問題が生じる。
図４は仮想の光路形成部４ｘを表す。光路形成部４ｘは、図３に表すミラー２０に代えて凹面鏡であるミラー２０ｘを有する。つまり、光路形成部４ｘは、曲面鏡として凹面鏡だけを用いた光路形成部である。ミラー２０ｘは、パワーがプラスの鏡面２１ｘを有する。図４では、ミラー２０の位置を二点鎖線で表している。

原稿で反射した光のうちミラー１０で反射される範囲に進む光は拡散しながら進むが、凹面鏡で反射することで収束に向かう光となり、絞り４０で一度完全に収束する（交差する）。一度収束した光は、その後再び拡散しながら光路を進み、ミラー５０で反射することで再度収束に向かってイメージセンサ５に到達する。光路形成部４の場合、凸面鏡であるミラー２０と凹面鏡であるミラー３０で反射された光が絞り４０で収束している。

一方、光路形成部４ｘの場合、ミラー２０の代わりに凹面鏡であるミラー２０ｘが配置されるので、ミラー２０ｘがミラー２０と同じ位置に配置されると絞り４０の手前で光が収束してしまう。光を絞り４０で収束させるためにはミラー１０から絞り４０までの光路を短くしなければならず、図４に表すようにミラー２０ｘをミラー１０及びミラー３０に近づけなければならない。そのため、光路Ａ１ｘは、光路Ａ１よりもミラー１０に接近している（特に図３の空間Ｃ１及び図４の空間Ｃ１ｘ）。

原稿Ｇ１ではあらゆる方向に光が反射するので、読取位置以外の位置で反射した光がミラー１０に入射することがある。その光は、各ミラーにより形成された光路（イメージセンサ５に到達する光が進むと想定された光路）から外れて進む場合があり、その場合に空間Ｃ１ｘにおいてミラー１０に当たって予期せぬ方向に反射してイメージセンサ５まで到達し、外乱の原因になることがある。

光路形成部４においては、そのように光路を外れる光が存在した場合でも、空間Ｃ１における光路Ａ１が空間Ｃ１ｘにおける光路Ａ１ｘよりも離れているので、光路形成部４ｘのように凹面鏡だけで光路が形成されている場合に比べて、その光路を外れた光がミラー１０に当たりにくくなっており、その光を原因とした外乱も発生しにくくなっている。

絞り４０は、光路Ａ１を進む光の光量を規制する部材である。絞り４０は、中央に円形の孔４１を有する四角形の板状の部材である。原稿に用いる素材（例えば布など）によっては、原稿における反射光に赤外線が含まれる場合がある。その赤外線がイメージセンサに入射すると、可視光だけが入射する場合に比べて、読み取った画像の色が見た目の色からかい離しやすくなる。

そこで、画像読取装置１においては、絞り４０の孔４１に赤外線フィルタ４２（ＩＲＣＦ：InfraRed Cut Filter）が設けられている。絞り４０は、イメージセンサ５の直前を除くと光路Ａ１が最も狭くなるところなので、他の位置に赤外線フィルタを設ける場合に比べて、赤外線フィルタのサイズが小さくてもよくなる。また、絞り４０自体が光路Ａ１上に配置されるように既に支持されているので、赤外線フィルタを支持する部材を設ける必要がない。

イメージセンサ５の直前に赤外線フィルタを設ける場合、赤外線フィルタを支持する支持部材が別途必要になり、コスト及び重量が増加するので望ましくない。それ以外の位置に赤外線フィルタを設けるのであれば、本実施例のように絞り４０に赤外線フィルタを設けることで、他の位置に赤外線フィルタを設ける場合に比べて、赤外線フィルタのサイズが小さくてよい分、装置のサイズが小さくてもよくなるし、別途設ける支持部材が不要な分、装置の重量も軽くなる。

赤外線フィルタ４２は、ガラス板と、そのガラス板上に蒸着された誘電体多層膜とを有する。そのため、赤外線フィルタ４２への入射角によって、透過スペクトルが変化する。
図５は副走査方向Ｂ２に見た光路形成部４を表す。原稿Ｇ１で反射した光は、次第に幅を狭めながら光路Ａ１を通ってイメージセンサ５に到達する。原稿Ｇ１の中央においては、原稿Ｇ１の法線方向に反射した光Ｄ１が光路Ａ１を進むので、赤外線フィルタ４２に対して傾くことなく（入射角＝０度で）入射する。

これに対し、原稿Ｇ１の端側においては、原稿Ｇ１の法線方向に対して傾いた光Ｄ２、Ｄ３（図５の例では傾きの角度がθ１）が光路Ａ１を進むため、これらの光Ｄ２、Ｄ３が赤外線フィルタ４２に対しても傾いた角度（入射角＞０度）で入射する。このように原稿Ｇ１の中央と端とで入射角が異なると、透過スペクトルに相違が生じて読み取った画像の色の相違（同じ色でも画像上で違う色に見えること）が生じやすくなる。そのため、原稿の各位置における反射光の赤外線フィルタ４２への入射角の違いは少ないほど望ましく、前述したように原稿の中央の反射光の入射角が０度である場合は、原稿の端における反射光の入射角が小さいほど望ましい。

［２］変形例
上述した実施例は本発明の実施の一例に過ぎず、以下のように変形させてもよい。また、実施例及び各変形例は必要に応じて組み合わせて実施してもよい。

［２−１］ミラーの数
光路形成部が有するミラーの数及び配置は実施例と異なっていてもよい。光路形成部は、実施例では曲面鏡を３つ有していたが、４つ以上有していてもよい。また、光路形成部は、実施例では平面鏡を１つ有していたが、２つ以上有していてもよいし、１つも有していなくてもよい。

実施例では、絞り４０の下流側でイメージセンサ５の上流側に凹面鏡（ミラー５０）が１つだけ配置されていたが、複数の凹面鏡が配置されていてもよいし、平面鏡及び凸面鏡が配置されていてもよい。また、絞り４０の上流側には凹面鏡（ミラー３０）、凸面鏡（ミラー２０）、平面鏡（ミラー１０）が１つずつ配置されていたが、少なくとも絞り４０の１つ上流側に配置された凹面鏡よりも上流側に凸面鏡が配置されていれば、凹面鏡及び平面鏡がそれぞれ２以上配置されていてもよい。

図６は本変形例の光路形成部４ａを表す。光路形成部４ａは、ミラー１０ａ−１、１０ａ−２（区別しない場合は「ミラー１０ａ」という）と、ミラー２０と、ミラー３０ａ−１、３０ａ−２（区別しない場合は「ミラー３０ａ」という）と、絞り４０と、ミラー５０とを備える。ミラー１０ａは、いずれも平面鏡であり、ミラー２０の上流側に配置されて光路Ａ１ａを形成している。ミラー３０ａは、いずれも凹面鏡であり、ミラー２０の下流側で絞り４０の上流側に配置されて光路Ａ１ａを形成している。

このように、光路形成部４ａにおいては、複数の曲面鏡のうち、凸面鏡であるミラー２０が最も上流側に配置されている。上述した光路から外れて進む光は、光路の上流側ほど発生しやすい（上流側で光路から外れた光は下流まで到達しないから）。そこで、ミラー２０を最も上流側に配置して、そこに凹面鏡を配置する場合に比べてミラー２０の前後の光路を長くすることで、光路から外れて進む光が発生しやすい光路において反射部材に光が当たることが抑制されるようになっている。

なお、光路形成部において、複数の曲面鏡のうち、凸面鏡が最も上流側に配置されていなくてもよい。例えば、上流側から平面鏡、凹面鏡、凸面鏡、凹面鏡、絞り４０という順番で配置されていてもよい。その場合でも、凹面鏡だけが配置される場合に比べて、凸面鏡の前後の光路を長くしてもよくなるので、その光路において、光路から外れて進む光が反射部材に当たることが抑制される。

［２−２］曲面鏡の鏡面
実施例では、光路形成部が備える曲面鏡（凹面鏡、凸面鏡）が、上述したｘｙ多項式で表される自由曲面の鏡面を有していたが、これに限らず、他のｘｙ多項式で表される自由曲面の鏡面を有していてもよいし、球面の曲面を有していてもよい。

［２−３］画像読取の対象
実施例では文字や絵などが描かれた原稿が画像読取の対象であり、画像読取装置はラインセンサで原稿を読み取るいわゆるスキャナであったが、これに限らない。例えば写真の被写体が画像読取の対象であってもよい。この場合、画像読取装置はいわゆるデジタルカメラであり、受光素子が２次元に配置されたエリアセンサがイメージセンサとして用いられる。

デジタルカメラは立体的な被写体の撮影に適している。一方、実施例の画像読取装置のようにラインセンサを用いる場合は、エリアセンサを備える場合に比べて、平面状の画像（例えば原稿）が読み取りやすい。いずれの読み取りが行われる場合でも、上述した凸面鏡及び凹面鏡を反射部材として備えることにより、実施例のように光路を外れた光が反射部材に当たりにくくなっており、その光を原因とした外乱も発生しにくくなっている。

１…画像読取装置、２…原稿設置部、３…光源部、４…光路形成部、５…イメージセンサ、６…画像処理部、１０、２０、３０、５０…ミラー、４０…絞り、４２…赤外線フィルタ。

Claims (4)

1. 光路の終端に配置されるイメージセンサと、
   前記光路を進む光の光量を規制する絞りと、
   前記光路において前記絞りの１つ上流側に配置されて当該光路を形成する凹面鏡と、
   前記光路において前記凹面鏡よりも上流側に配置されて前記光路を形成する凸面鏡と
   を備える読取装置。
2. 前記凸面鏡は、前記光路を形成する複数の曲面鏡のうちでは、当該光路において最も上流側に配置される
   請求項１に記載の読取装置。
3. 前記絞りには、赤外線フィルタが設けられる
   請求項１又は２に記載の読取装置。
4. 前記イメージセンサはラインセンサであり、長手方向が走査方向に沿う向きで設けられている
   請求項１から３のいずれか１項に記載の読取装置。

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