JP3139822U - 走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点光源が走査光源として使用される場合に、光強度が均一に分布されないという問題を解決すること。
【解決手段】ドキュメントの画像を走査するための走査装置は、ハウジング、反射板、基板と複数の点光源を有する発光要素、及び画像センサを含む。ハウジングは、その頂表面に形成されたスリットを有する。反射板は、ハウジング内に配置され、スリットの一つのエッジ上を延出し、スリットに面する。基板は、反射板の一エッジに固定され、点光源は、基板に固定される。各点光源は、走査光を反射板に放射し、走査光は、スリットを介してドキュメント上で反射される。走査光は、ドキュメントによって反射されてスリットを介してハウジングに入る画像光を形成する。画像センサは、画像光を受光して画像光を画像データに変換するためにハウジング内に配置される。
【選択図】図１Ａ

Description

本考案は、走査装置に関し、より具体的には、走査光を放射するための複数の点光源を有する走査装置に関する。

走査装置において、光学素子は、光の光路を変化させてその光を特定の領域に焦点を合わせるために、光を反射、屈折又は焦点を合わせるために設けられる。発光要素は、走査光をドキュメントに放射して、次に、画像センサによって受光され画像データに変換される画像光を形成する。

画像センサが画像光を受光する時に、発光要素によって放射される光のスペクトルと強度とが、非常に重要である。光のスペクトルは、所定の範囲内に入ることが必要であり、それによって、反射画像光は、走査ドキュメントの画像の色を適切に再生でき、画像センサは、正しい画像を捕獲できる。反射画像光の強度は、画像センサが、画像を正しく捕獲するのに十分なものでなければならない。更に、走査光強度は、画像センサが正確に画像を捕獲するために、ドキュメント上の輝度の不均一を回避するように均一に分布されなければならない。画像センサが、スリットを介してドキュメントを走査するので、理想的な発光要素は、線光源である。従来、ＣＣＦＬは、通常、均一に分布された光強度を有する線光源として働き且つ理想的な白色光を提供するために使用される。しかしながら、ＣＣＦＬには、幾つかの不利な点がある。第１に、ＣＣＦＬは、高電圧駆動回路によって起動及び動作されなければならず、従って、走査装置のコストが増加する。第２に、ＣＣＦＬが起動された後、放射光の強度が安定するまで待つのに時間がかかる。第３に、ＣＣＦＬによって放射された光の強度は、温度によって非常に影響される。走査装置が連続した動作をした後に、ＣＣＦＬの温度が増加すると、放射光の強度とスペクトルが温度によって変化され、それによって、放射光は、もはや理想的な白色光ではなく、走査装置の画像走査品質が一定しない。

ＬＥＤもまた理想的な白色光を放射し、ＬＥＤは、発光要素として働く走査装置に適用されることができる。更に、ＬＥＤは、理想的な白色光を放射出来る白色ＬＥＤに限定されない。例えば、台湾特許ＴＷ５１８８７７において、走査装置は、白色ＬＥＤを適用せず、単色画像センサを使用して赤、緑及び青の順序で異なる色の画像を捕獲し、次に、それらをカラー画像に組み合わせて、それによって、白色ＬＥＤとカラー画像センサの高コストの問題を解決する。

しかしながら、ＬＥＤは、点光源であり、放射光が円錐空間に広がり、光強度が点光源からの距離の増加に従って減少する。点光源が全体の走査領域を覆うことが意図される場合、ＬＥＤは、長いアレイに配置されて光を全走査領域に放射しなければならない。しかしながら、二つの隣り合うＬＥＤの間の領域は、空気の散乱効果によって弱い光強度を発生するに過ぎない。従って、ＬＥＤアレイが、走査光を放射するために直接使用される場合、走査領域の光の強度が、一定しないことがある。一定しない光強度の問題を克服するための解決策は、ＴＷ５１８８７７には提供されていない。

ＬＥＤが線光源を提供できないという問題を解決するために、従来の方法は、プリズム、円柱レンズ、又は透明コラムのような光ガイド要素を使用している。ＬＥＤが光を光ガイド要素の二つの端部へ放射する。次に、光は、光ガイド要素の側面から均一に投射される。例えば、台湾特許ＴＷ５４９７６８号及びＩ２５３８４０号において、光ガイド要素を利用するデザインが提供され、そこでは、ＬＥＤが線光源になっている。しかしながら、そのような光ガイド要素は、光が光ガイド要素内を進む時にその光の強度が急速に減衰するので、光ガイド要素の長さが限られ、その結果、走査されるドキュメントの幅を容易に増加できないという不利益がある。更に、ＬＥＤの動作中に発生される熱に起因する温度によって光ガイド要素の材料の劣化が引き起こされ、従って、材料が不透明になる、又は着色する。従って、光誘導素子は、もはや光を誘導できない。

上記問題に鑑み、本考案の目的は、走査装置を提供して、点光源が走査光源として使用される場合に、光強度が均一に分布されないという問題を解決することである。

上記目的を達成するために、本考案は、ハウジング、少なくとも一つの反射板、基板、複数の点光源、及び画像センサを含む、ドキュメントを走査するための走査装置を提供する。ハウジングは、その頂表面に形成されたスリットを有し、反射板は、スリットに向かい合うようにハウジング内に配置され、そこでは、反射板の一方のエッジがスリットのエッジ上を延出する。基板は、ハウジング内に配置され、反射板の反対側のエッジ上に固定される。点光源は、基板上に固定され、一つ又はそれより多くの列に配置され、スリットに平行な方向に沿って間隔を置いて互いに離間されている。各点光源は、走査光を反射板上に放射し、それによって、走査光は、スリットを介してドキュメント上に反射される。次に、走査光は、ドキュメントによって反射されてスリットを介してハウジング内に入る画像光を形成する。画像センサは、画像光を受光し画像光を画像データに変換するためにハウジング内に配置される。

本考案の利点は、均一な光強度が追加の要素を使用することなく、ＬＥＤのような点光源によって提供されることである。点光源は、ＣＣＦＬのような線光源を置き換えるために使用され、従って、ＣＣＦＬの製造コストが高く且つＣＣＦＬは、容易に動作されることが出来ないという問題を解決する。

図１Ａ及び１Ｂを参照すると、本考案の第１の実施形態の走査装置１００は、ドキュメント（書類）Ｄを走査して画像データを生成するために設けられる。走査装置１００は、ハウジング１１０、反射板１１２、発光要素１２０、一つ又はそれより多くの反射鏡１３０、焦点要素１４０、及び画像センサ１５０を含む。ハウジング１１０は、その頂表面に形成されたスリット１１１を有する。反射板１１２は、スリット１１１に向かい合うようにハウジング１１０内に配置され、そこでは、反射板１１２の一方のエッジはスリット１１１の一つのエッジから延出する。反射層１１３が、反射率を向上するために反射板１１２上に形成される。反射板１１２上に放射された光がスリット１１１を介してハウジング１１０の外側へ反射される。反射板１１２は、光を直接に反射するために平面になっていてもよいし、或いは光をハウジング１１０の外部の所定位置に焦点を合わせるために凹曲面を備えていてもよい。

図１Ａ、１Ｂ、及び１Ｃを参照すると、発光要素１２０は、基板１２１と複数の点光源１２２を含んでいる。基板１２１は、ハウジング１１０内に配置され、反射板１１２の反対側のエッジに固定され、そこでは、基板１２１は、反射板１１２に向かい合うと共に反射板１１２に関して角度を有する。点光源１２２は、基板１２１上に配置され、一列に並べられ、スリット１１１に平行な方向に沿って間隔を置いて互いから離間されている。点光源１２２は、複数列に配置されてもよく、各列の点光源１２２は、隣接する列の点光源に対して互い違いになっている。点光源１２２は、走査光Ｓを反射板１１２に放射するために、ＬＥＤ及びバルブ（電球）である。次に、反射板１１２に対して放射された走査光Ｓは、スリット１１１を介してハウジング１１０の外側に反射される。スリット１１１を通過した後、走査光Ｓは、ドキュメントＤ上に投射される。次に、走査光Ｓは、ドキュメントＤによって反射されて、ドキュメントＤの表面上の画像に従って画像光Ｉを形成し、続いて、画像光Ｉは、スリット１１１を通ってハウジング１１０に入る。

反射鏡１３０は、画像光Ｉの進行方向を画像センサ１５０へ向かうように変更するために、ハウジング１１０内に配置される。反射鏡１３０の他の機能は、焦点合わせ要素１４０によって画像光Ｉを焦点合わせするように画像光Ｉの光路の長さを延長することである。反射鏡１３０の数は、画像光Ｉの光路を必要な方向と長さに変更するように画像光Ｉを反射するために必要な回数に依存する。少なくとも一つの反射鏡１３０が、スリット１１１の下方に配置され、それによって、画像光Ｉは、スリット１１１を通過した後に、この一つの反射鏡１３０上に投射されて反射される。

焦点合わせ要素１４０と画像センサ１５０は、ドキュメントＤによって反射される画像光Ｉを受光するためにハウジング１１０内に配置される。焦点合わせ要素１４０と画像センサ１５０の位置は、ハウジング１１０のサイズと反射鏡１３０の構成によって決定される。

焦点合わせ要素１４０は、凸面レンズ、円柱レンズ、又は複数のレンズを有するレンズセットであってよい。焦点合わせ要素１４０は、画像センサ１５０の前方に配置される。画像光Ｉは、位置的に前にある焦点合わせ要素１４０に投射される。次に、焦点合わせ要素１４０は、画像光Ｉを画像センサ１５０に焦点を合わせ、それによって、画像センサ１５０は、焦点を合わされた画像光Ｉを受光して、この画像光Ｉを画像データに変換する。画像センサ１５０は、画像光Ｉの光路に適合するようにハウジング１１０内のどこに配置されてもよい。画像センサ１５０は、電荷結合素子（ＣＣＤ）であり、それによって、画像光は、焦点合わせのためにより長い光路を必要とする。また、ＣＣＤは、密着型画像センサ（ＣＩＳ）によって置き換えられてもよく、その場合、焦点合わせ手順は必要ない。即ち、反射鏡１３０と焦点合わせ要素１４０は、除去されることができる。

図２と図３を参照すると、一列に配置され、光が放射された時、間隔を置いて互いから離間された複数の点光源１２２の概略図と光強度分布の図が示されている。点光源１２２によって放射された光は、円錐空間に広がり、光強度は、点光源１２２からの距離の増加に従って減少する。二つの隣接する点光源１２２間の領域は、空気の散乱効果によって弱い光強度を発生するだけである。従って、図３の光強度分布の図に示されているように、複数の点光源１２２が、走査光ＳをドキュメントＤに直接に放射すると、ドキュメントＤの表面によって受光される光強度は、不均一であり、分布された強度の図は、正弦波の形態であり、画像センサによって発生された画像データの品質は、輝度不均一の問題を有する可能性がある。この問題を解決するために、本アプローチでは、点光源１２２とドキュメントとの距離を延長する或いは点光源１２２の数を増加して点光源１２２間の間隔を減少し、それによって、各点光源１２２によって放射される走査光Ｓが互い違いにされて光強度を均一に分布することである。しかしながら、点光源１２２とドキュメントとの間の延長された距離は、走査光Ｓの平均光強度を減少し且つ走査装置の大きさを増加する。点光源１２２の数の増加と点光源１２２間の間隔の減少は、電力消費と熱発生の増加を引き起こす。そして、点光源１２２の熱発生の増加は、熱浪費の問題を引き起こす結果となる。

図４及び図５を参照すると、第１の実施形態において、反射板１１２が走査光Ｓを反射した後、各点光源１２２によって放射された走査光Ｓが互い違いされ、従って、拡散と散乱によって混合効果を生成する。反射板１１２によって反射された走査光Ｓは、線光源によって発射された走査光と同様になり、図５に示されるように、均一な光強度分布を有する。ＣＣＦＬと比較すると、ＬＥＤやバルブの形態の点光源１２２は、低電力消費、低動作電圧、迅速な起動、低製造コスト、及び低電力消費の利点を有する。

図６は、シート送りスキャナ２００に適用された第１の実施形態を示す。シート送りスキャナ２００は、本体２１０と紙送り装置２２０とを有する。走査装置１００は、本体２１０内に配置され、本体２１０の窓２１１の下方に位置される。走査装置１００のスリット１１１も、窓２１１の下方に位置される。窓２１１は、透明パーティション板２１２によって覆われている。送りトラック２２１は、ドキュメントＤを転送するために紙送り装置２２０内に配置される。紙送り装置２２０は、窓２１１を覆うように本体２１０に配置されている。開口２２２は、送りトラック２２１を露出するように、本体２１０に向かい合う紙送り装置２２０の側部に形成され、開口２２２は、補助透明パーティション板２２３によって覆われている。ドキュメントＤが、送りトラック２２１内を進み窓２２１の上を通過すると、走査光Ｓは、スリット１１１、透明パーティション板２１２、補助透明パーティション板２２３、及び開口２２２を通過してドキュメントＤ上に投射される。次に、走査光Ｓは、ドキュメントＤによって反射されて、走査装置１００に入り画像スキャナ１５０によって変換される画像光Ｉを形成する。

図７は、フラットベッドスキャナ３００に適用される第１の実施形態を示す。フラットベッドスキャナ３００は、本体３１０と搬送デバイス３２０を有する。走査装置１００は、本体３１０内に配置され、本体３１０の透明パーティション板３１１の下方に位置され、それによって、ハウジング１１０のスリット１１１が透明パーティション板３１１に向かい合う。搬送デバイス３２０は、走査装置３１０を搬送するために、本体３１０内に配置される。従って、透明パーティション板３１１上に平らに置かれるドキュメントが走査装置３１０によって走査されて、画像データに変換される。

図８Ａと図８Ｂを参照すると、本考案の第２の実施形態の走査装置１００は、ハウジング１００、二つの反射板１１２、二つの発光要素１２０、一つ又はそれより多くの反射鏡１３０、焦点合わせ要素１４０、及び画像センサ１５０を含む。ハウジング１１０は、その頂表面上に形成されたスリット１１１を有する。二つの反射板１１２は、スリット１１１と向かい合うようにハウジング１１０内に配置され、そこでは、両反射板１１２は、夫々スリット１１１の二つの対向エッジから延出する一エッジを有する。二つの反射板１１２上に放射される、二つの発光要素１２０からの光は、スリット１１１を介してハウジング１１０の外部に反射される。

図８Ａ及び８Ｂを参照すると、各発光要素１２０は、基板１２１と複数の点光源１２２を含む。各基板１２１は、二つの反射板１１２の一方の反対エッジ上に配置され、それによって、二つの基板１２１は、夫々スリット１１１に向かい合い、対応する反射板１１２に関して角度を有する。点光源１２２は、基板１２１上に配置され、一列又は複数列に配置され、そこで、点光源１２２は、走査光Ｓを反射板１１２上に放射するために設けられる。次に、走査光Ｓは、スリット１１１を介してハウジング１１０の外側に反射される。スリット１１１を通過した後、走査光Ｓは、ドキュメントＤ上に投射される。次に、走査光Ｓは、ドキュメントＤによって反射されて、画像光Ｉを形成し、次に、スリット１１１を介してハウジング１１０に入る。

反射鏡１３０、焦点合わせ要素１４０、及び画像センサ１５０は、ハウジング内１１０に配置される。反射鏡１３０は、画像光Ｉを画像センサ１５０に反射し、焦点合わせ要素１４０は、画像光Ｉを画像センサ１５０に焦点を合わせ、従って、画像センサ１５０は、焦点が合わされた画像光Ｉを受光し変換する。

図９Ａ，９Ｂ、及び９Ｃを参照すると、本考案の第３の実施形態の走査装置１００は、ハウジング１１０、反射板１１２、発光要素１２０、及び画像センサ１５０’を含む。ハウジング１１０は、その頂表面に形成されたスリット１１１を有する。反射板１１２は、ハウジング１１０内に配置され、スリット１１１に向かい合う。発光要素１２０から放射された光は、反射板１１２によって反射され、スリット１１１を通過してハウジング１１０の外側に進む。

発光要素１２０は、基板１２１と複数の点光源１２２を含む。基板１２１は、ハウジング１１０内で反射板１１２の対向エッジ上に配置される。点光源１２２は、基板１２１上に配置され、且つ複数列に配置され、スリット１１１に平行な方向に沿って互いに間隔を置いて離間されている。各列の点光源１２２は、それに隣接する列の点光源に対して互い違いになっている。点光源１２２は、走査光Ｓを反射板１１２上に放射し、スリット１１１を介してハウジング１１０の外側に反射される。次に、走査光Ｓは、ドキュメントＤ上に投射される。次に、走査光Ｓは、ドキュメントＤによって反射されて画像光Ｉを形成し、続いて、画像光Ｉは、スリット１１１を介してハウジング１１０に入る。画像センサ１５０’は、画像光Ｉを直接に受光してそれを画像データに変換するためのＣＩＳである。ＣＩＳによって要求される光路の長さは、ＣＣＤによって要求される光路の長さよりも小さいので、画像センサ１５０’は、ドキュメントＤから反射された画像光Ｉを直接に受光するために、スリット１１１の下方に位置されることが出来る。しかしながら、本考案の第３の実施形態は、二つの反射板１１２と二つの発光要素１２０を備えることが出来ることに留意すべきである。二つの反射板１１２は、夫々、光が反射板１１２に投射されてスリット１１１を介してハウジング１１０の外側に反射されるように、スリットに向かい合う。

本考案の第１の実施形態の横断面図である。 図１Ａの部分拡大図である。 本考案の第１の実施形態におけるコンポーネントの一部の分解図である。 本考案において光が放射された場合における一列に配置され、互いに間隔を置いて離間された複数の点光源の概略図である。 本考案において一列に配置され、間隔を置いて互いに離間された点光源によって放射された光の強度の分布の図である。 一列に配置され、間隔を置いて互いに離間された複数の点光源によって放射され、且つ本考案の反射板によって反射された光の概略図である。 一列に配置され、間隔を置いて互いに離間された点光源によって放射され、且つ本考案の反射板によって反射された光の強度の分布の概略図である。 シート送りスキャナに適用された本考案の横断面図である。 フラットベッドスキャナに適用された本考案の横断面図である。 本考案の第２の実施形態の横断面図である。 図８Ａの部分拡大図である。 本考案の第３の実施形態の横断面図である。 図９Ａの部分拡大図である。 本考案の第３の実施形態におけるコンポーネントの一部の分解図である。

Claims (13)

1. ドキュメントを走査するための走査装置であって、
   頂表面に形成されたスリットを有するハウジングと、
   スリットに向き合うようにハウジング内に配置された少なくとも一つの反射板と、
   少なくとも一つの発光要素と、
   ドキュメントから反射された画像光を受光してこの画像光を画像データへ変換するためにハウジング内に配置された画像センサと、を備え、
   前記反射板の一方のエッジが前記スリットのエッジから延出し、
   前記少なくとも一つの発光要素は、
   前記ハウジング内に配置され且つ前記反射板の反対側のエッジ上に固定された基板と、
   この基板上に配置された複数の点光源と、を備え、
   前記基板は前記反射板に向かい合うと共に前記反射板に対して角度を有し、
   前記点光源の各々は、走査光を前記反射板に放射して、それによって、反射板から反射された走査光をドキュメントへスリットを介して投射し、次に、走査光は、ドキュメントから反射されてスリットを介してハウジング内に入る画像光を形成し、
   ドキュメントから反射される画像光を受光して、画像光画像データに変換するためにハウジング内に配置される画像センサとを備える、走査装置。
2. 前記ハウジングは、前記スリットの二つの対向エッジ上に夫々延出し且つスリットに向かい合う二つの反射板を有し、当該走査装置は、前記二つの反射板の対応するエッジ上に夫々位置され且つ各反射板上に走査光を夫々放射する二つの発光要素を有する、請求項１に記載の走査装置。
3. 反射層が前記反射板上に形成されている、請求項１に記載の走査装置。
4. 前記反射板が平面又は凹曲面である、請求項１に記載の走査装置。
5. 各点光源が、発光要素又はバルブである、請求項１に記載の走査装置。
6. 前記ハウジング内に配置され、画像光を画像センサ上に焦点を合わせるための画像センサの前に位置される焦点合わせ要素を更に備える、請求項１に記載の走査装置。
7. 前記ハウジング内に配置され、画像光を反射して画像光の光路を変化させるための少なくとも一つの反射鏡を更に備え、それによって、画像光は、画像センサに向かって進み、画像光の光路の長さが延長される、請求項１に記載の走査装置。
8. 前記画像センサは、電荷結合デバイスである、請求項７に記載の走査装置。
9. 前記画像センサは、密接型画像センサである、請求項１に記載の走査装置。
10. 前記密接型画像センサは、ドキュメントにより反射された画像光を直接受光して画像光を画像データに変換するために、ハウジング内に配置されると共にスリットの下方に位置される、請求項９に記載の走査装置。
11. 前記点光源は、一列に配置されると共に前記スリットに対して平行な方向に沿って間隔を置いて互いに離間される、請求項１に記載の走査装置。
12. 前記点光源は、複数の列に配置され、各列の点光源は、スリットに対して平行な方向に沿って間隔を置いて互いに離間される、請求項１に記載の走査装置。
13. 各列の点光源は、隣の列の点光源に対して互い違いに配置される、請求項１２に記載の走査装置。

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