JP3017309B2

JP3017309B2 - 画像読取装置

Info

Publication number: JP3017309B2
Application number: JP3093747A
Authority: JP
Inventors: 和弘藤田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 2000-03-06
Anticipated expiration: 2015-03-06
Also published as: JPH04302569A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、画像読取装置に関し、より詳細
には、画像読み取りスキャナーにおけるフレア光低減、
ＳＮ比向上、および階調性向上等の機能を有する画像読
取装置に関する。

【０００２】

【従来技術】画像読取装置は、原稿の画像情報を空間伝
達し、伝達された光信号を電気信号に変換するものであ
る。このために原稿を照明するための照明光源、照明し
た原稿の画像情報を空間伝達するための結像素子、結像
素子の光情報を光電変換するセンサを主構成要素として
ハウジング内に保持され一体構成されている。

【０００３】図６（ａ）,（ｂ）は、従来のラインスキ
ャナ用の照明光源を説明するための図で、図６（ａ）は
従来のラインスキャナ用の照明用光源の長手方向に直交
する断面図、図６（ｂ）は発光拡散特性を示す。図中、
２０は基板、２１はＬＥＤ（発光ダイオード）チップ、
２２は樹脂部材である。ＬＥＤチップ２１は、ＬＥＤを
アレイ状に配設したＬＥＤアレイ状光源である。ここで
ＬＥＤチップ２１は、図示の如く樹脂部材２２等で封止
されたものや、ＬＥＤチップ２１そのものをむきだしに
したものを配列したものがある。樹脂部材２２に曲率面
形状を持たせ、ＬＥＤの発光拡散特性をやや指向性を持
たせてはある。しかし、ＬＥＤチップ２１は、基板２０
と垂直な方向ＯＹ軸上において発光光量Ｉ₀は最大とな
るが、発光角度方向θが直角でない方向の発光光量Ｉも
大きく、必要な照明位置以外を照明する光束が少なから
ず存在し、発光光源の照明光束への有効利用をしていな
かった。

【０００４】図７は、本発明が適用される画像読取装置
の従来例を示す図で、図中、２３はハウジング、２４は
原稿、２５は原稿保持部材、２６は照明光源、２７は結
像素子、２８は基板、２９はセンサエレメント、３０は
駆動回路、３１は押えローラーである。

【０００５】図示において、画像読取装置は、コンタク
トガラス等の原稿保持部材２５の位置で開口するハウジ
ング２３内に照明光源２６、結像素子２７、センサエレ
メント２９を一体的に配設したものである。原稿２４
は、押えローラ３１と原稿保持部材２５との間に挿入さ
れ、矢印Ｎ方向に回転する押えローラ３１により搬送さ
れる。搬送された原稿２４は、照明光源２６により照明
され、原稿２４の画像情報は、読み取り位置Ｒにおい
て、光の濃度の情報として結像素子２７により空間伝達
される。伝達された光の強弱を、光電変換素子等からな
るセンサエレメント２９により電気的出力として情報を
読み取っている。ここで、結像素子（結像光学系）２８
としては、ロッドレンズアレイや、ルーフミラーレンズ
アレイなどの等倍結像素子などが用いられる。センサエ
レメント２９の光電変換素子としては、チャージカップ
リングデバイス（ＣＣＤ）などのラインセンサーが用い
られる。また、照明光源２６としては、ＬＥＤアレイ状
光源、蛍光灯、あるいはキセノン管などが用いられてい
る。また、必要に応じて、原稿保持部材２５として、平
板ガラス状のコンタクトガラスなどが用いられる。

【０００６】図８は、原稿面上、副走査方向の光量の分
布を示す図で、照明光源２６は、読み取り位置Ｒ以外に
おいても照明していることを示している。このため、図
７に図示した照明光源２６のＰやＱのような光束のよう
にセンサエレメント２９の読み取り位置Ｒ以外の原稿２
４面上からの反射光が、画像読取装置内で迷光となって
センサエレメント２９上に到達し、有効な情報信号に対
するノイズとして取り込まれてしまう。この光は、一般
にフレア光となって、原稿が黒、あるいは、ない場合の
グランドレベルを持ち上げてしまい、ＳＮ比の低下や階
調性の低下などの画像読取装置の性能を落す原因とな
る。さらに、読み取り品質の低下となってあらわれる。

【０００７】ここで、従来の画像読取装置では、フレア
光が読み取り信号にどのように影響するかを説明する。
図９、図１０、図１１は従来の画像読取装置における画
像反射光と、読み取り信号との関係を示す図で、各々、
図（ａ）は、画像信号の形状をあらわし、主走査方向を
横軸に、白画像の各種パターンの反射強度を縦軸に示
し、図（ｂ）は、対応する図における図（ａ）の画像信
号を受光して光電変換したセンサエレメント２９の出力
信号波形をあらわし、主走査方向を横軸に、信号出力を
縦軸に示している。

【０００８】いま、図９（ａ）に示すような矩形波状の
反射特性を示す白部分を、従来構成の画像読取装置で読
み取った場合、読み取り信号は、図９（ｂ）のようにな
った一定レベルＩの出力とする。このとき、図１０
（ａ）に示すような反射強度の揃った断続波の反射特性
を示すパターンでは、本来なら、光学系の周波数特性に
応じた解像力低下の影響を受けて、図１０（ｂ）に示す
ような信号出力レベルＩ，Ｉ_ｗ，Ｉ_Ｂをもったパターン
になるはずである。しかしながら、従来の画像読取装置
では、照明光が読み取りライン以外のところで反射した
光や、ハウジング内にある他の構成部品で反射して結像
素子２０内に入り込み、有効光束とはならない迷光とな
ってセンサエレメント２９上に達し、図１０（ｃ）に示
すように、読み取られる信号レベルが、図１０（ｂ）の
信号出力Ｉ，Ｉ_ｗ，Ｉ_Ｂに対して、ある一定の量Ｖだけ
持ち上がってしまう現象を生じる。持ち上がるレベルが
常に一定であれば、この量を補正することが可能である
が、図１１（ａ）に示すように、図１０（ａ）の白黒パ
ターン形状は同一のものであっても、周りの白部分の割
現が異なる場合、信号出力は図１１（ｂ）のようにな
り、持ち上がり量Ｖがこの割合によって変化し、変化し
た持ち上り量Ｖ′（Ｖ′＜Ｖ）となってしまう。実際の
文章などの原稿情報は、１ラインごとに白黒の割合は変
化しており、１ラインごとの白黒パターンによって補正
する手段を備えない読取装置にあっては、白レベルの出
力変化となってあらわれ、解像力の低下や、ＳＮ比の低
下、さらに、階調性の再現性に乏しくなる。

【０００９】また、実開平１−１７９６５８号公報「画
像読み取り装置」には、受光素子とレンズ系および光源
等の構成部品を保持するケース部の原稿面を除く内面を
鏡面としたことを特徴とした画像読取装置が開示されて
いるが、この手段によると、光源の正反射光が結像素子
に直接入り込み、有効光束以外の光量が迷光となって受
光素子（センサー）面上に到達する。これがフレア光と
なり、画像読取装置のＳＮ比低下をもたらす。

【００１０】

【目的】本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもの
で、センサエレメント（ラインセンサー）用照明光源の
照明効率の向上をはかること、また、画像読取品質の向
上をはかること、さらに画像読取装置の原稿面の照明方
法及び読取方法の改善によって、フレア光の低減を図る
ようにした画像読取装置を提供することを目的としてな
されたものである。

【００１１】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、原稿面
を照明するための照明光源と、原稿を保持する透明部材
で構成された原稿保持部材と、結像素子と、原稿面上の
光情報を、前記結像素子によって空間伝達し、像形成さ
れた前記原稿面の光情報を電気信号に変換する光電変換
素子を有するセンサと、前記各要素を一体化保持するハ
ウジング部材とで構成した画像読取装置において、前記
照明光源と原稿面との間に照明光束を集光する平板状集
光素子を有し、該平板状集光素子が前記透明部材で構成
された原稿保持部材の面上に、複製により作成されてい
ることを特徴としたものである。以下、本発明の実施例
に基づいて説明する。

【００１２】図１は、本発明の画像読取装置の一実施例
を説明するための構成図で、図中、１は原稿、２は原稿
保持部材、３は照明光源、４は平板状集光素子である一
方向集光型フレネルレンズ、５は等倍結合素子、６はセ
ンサエレメントである。

【００１３】図示の画像読取装置は、ＬＥＤ（発光ダイ
オード）をアレイ状に配設した照明光源３と、長手方向
に直行する方向のみしか回折能力をもたない一方向集束
型フレネルレンズ４と、該一方向集束型フレネルレンズ
４を一体形成された原稿保持部材（図示ではコンタクト
ガラス）２と、原稿面上の情報を空間伝達する等倍結像
素子５と、該等倍結像素子５により像形成された原稿面
上の光強度情報を、電気的な情報に光電変換するセンサ
エレメント６および、これらを一体化保持するハウジン
グ部材（図示せず）によって構成される。

【００１４】図２は、一方向集束型フレネルレンズ４を
一体化した原稿保持部材２を示す斜視図である。前記原
稿保持部材２に対して照明光源３から発光される照明光
の最高の光量となる光軸は、光軸が原稿読み取り位置Ｒ
を通るように選ばれる。一方向集束型フレネルレンズ４
は、面に垂直な光軸上に焦点を結ぶので、該一方向集束
型フレネルレンズ４は原稿保持部材２に対して照明光源
３の光軸に応じた所定の角度（例えば４５°）をもって
一体に形成されている。このため、一方向集光型フレネ
ルレンズ４は、原稿保持部材２と同一の屈折率をもつガ
ラス等の部材を介して原稿保持部材２に固着されてお
り、図２の外形をなしている。

【００１５】照明光源３は、前記ＬＥＤ以外に蛍光灯
や、キセノン管などの照明光源でもよい。また、樹脂封
止したＬＥＤチップを配列したＬＥＤ光源などでも良
い。この様な構成によって、照明光源３（ＬＥＤ光源）
から発せられた光束は、図１の図中の光線追跡図に示す
ように、所望の照明位置Ｒの近傍に集光して照明するた
めに、従来広がっていた光束の光強度より大きな強度と
なり照明光源の実質的な明るさ向上となる。図４は、一
方向集束型フレネルレンズを用いた場合の光量を示す図
で、読取位置Ｒにおいて最大光量をもっており、副走査
方向に読取位置Ｒから僅かに離れると急激に光量が減
じ、図８に示した従来の特性と比較して、著しい照明効
果の改善がなされたことを示す。

【００１６】図３は、本発明の画像読取装置の他の実施
例を示す図で、図中、８は平板状集光素子である回折格
子で、その他図１と等しい作用をする部分には同一の符
号を付している。回折格子８は原稿保持部材２に対し
て、主走査方向（紙面に垂直な方向）に多数の溝を刻
み、各溝からの回折光相互の干渉によりスペクトルが得
られるようにするものである。図示の如く原稿保持部材
（コンタクトガラス）２を透過する透過型とすることに
より原稿保持部材２と回折格子８とを一体的に構成する
ことができる。図示のものは、必要な照明位置を集光で
きるように回折格子を設定した例である。照明光源３で
ある例えば、ＬＥＤなどのレイアウトは、図１のように
４５度から方向のみならず、回折格子８の選定で原稿保
持部材（コンタクトガラス）２と平行にすることも可能
である。

【００１７】また、次に述べる複製方法を採用すること
で平板型集光素子を作成しても良い。図５は、平板型集
光素子の作成の順序を示す図で、図中、１０は基板、１
１はレジスト、１２は物体光束、１３は参照光束、１４
はマスター、１５は原盤、１６は光感光性樹脂、１７は
透明基板、１８は平板型集光素子である。

【００１８】以下、図の順に従って複製法による平板型
集光素子の作成方法を示す。平板基板１０上に露光波
長に見合ったフォトレジスト１１を均一に塗布する。
この基板１０上に照明光源３となる物体光１２と参照光
１３との２光束干渉法によって、基板１０上に光の強弱
の干渉縞を作成する。現像、定着を経て平板型集光素
子１８を作成しマスター１４とする。この一方向集束
型フレネルレンズをマスター１４として電鋳法と呼ばれ
るニッケル（Ｎｉ）などの電着によって原盤１５を作成
する。この原盤１５から光感光性樹脂１６や、熱硬化
性樹脂、自然硬化性樹脂などの液状物質を用いて透明基
板１７上に転写する。剥離し平板型集光素子１８を作
成する。この様な作成方法を採用することで、従来の読
取装置に使用されてる原稿保持部材３であるコンタクト
ガラスに直接複製することによって、一体化も容易に可
能となる。

【００１９】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と以下のような効果がある。（１）発光光源の光量を有効に照明用に利用できる。（２）また、従来迷光となる原稿保持部材からの反射光
などを防ぎ、必要照明光としてとりこめることが可能と
なる。したがって、必要な読取位置以外の照明光を極力
抑えることができるので、原稿面の正反射光が二次光源
になり、光源以外の画像読取装置構成部品に反射し迷光
となることを防ぎ、スキャナーとしてのＳＮ比の向上、
階調性の向上となって、より高品位、高信頼性に対応で
きる画像読取装置を実現できる。（３）回折格子を用いることで、照明光源のレイアウト
の自由度が大きく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像読取装置の一実施例を説明する
ための構成図である。

【図２】一方向集束型フレネルレンズを一体化した原
稿保持部材を示す斜視図である。

【図３】本発明の画像読取装置の他の実施例を示す図
である。

【図４】一方向集束型フレネルレンズを用いた場合の
光量を示す図である。

【図５】平板型集光素子の作成の順序を示す図であ
る。

【図６】従来のラインスキャナ用の照明光源を説明す
るための図である。

【図７】本発明が適用される画像読取装置の従来例を
示す図である。

【図８】原稿面上の副走査方向の光量の分布を示す図
である。

【図９】従来の画像読取装置における画像反射光と読
み取り信号との関係を示す図である。

【図１０】従来の画像読取装置における画像反射光と
読み取り信号との関係を示す図である。

【図１１】従来の画像読取装置における画像反射光と
読み取り信号との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…原稿、２…原稿保持部材、３…照明光源、４…一方
向集光型フレネルレンズ、５…等倍結合素子、６…セン
サエレメント、８…回折格子。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原稿面を照明するための照明光源と、原
稿を保持する透明部材で構成された原稿保持部材と、結
像素子と、原稿面上の光情報を、前記結像素子によって
空間伝達し、像形成された前記原稿面の光情報を電気信
号に変換する光電変換素子を有するセンサと、前記各要
素を一体化保持するハウジング部材とで構成した画像読
取装置において、前記照明光源と原稿面との間に照明光
束を集光する平板状集光素子を有し、該平板状集光素子
が前記透明部材で構成された原稿保持部材の面上に、複
製により作成されていることを特徴とする画像読取装
置。