JP3905545B2 - イメージスキャナー装置 - Google Patents

Description

本発明はファクシミリやパソコン端末イメージスキャナー装置に係わり、特に電池動作が要求される携帯情報端末用のイメージスキャナー装置に関する。

近年ファクシミリ等に広く使用されているイメージスキャナー装置は、その光学系の構造から、密着型と縮小光学系に大別される。いずれにおいても原稿を読み取るために、原稿面を一定の明るさに照明するための光源として発光ダイオードや冷陰極管等の光源と、原稿からの反射光を読み取るホトダイオード等の受光素子を集積したＩＣを内蔵している。図１３は密着型イメージスキャナー装置の断面図、図１４は縮小光学系イメージスキャナー装置の原理図で、その概要を説明する。

図１３に示すように、センサーユニットは、光電変換を行う画素が複数配列された原稿読み取り受光素子１と、保護膜２と、これが実装された基板３とから成る受光素子アレイ４と、原稿を照射する線状光源であるＬＥＤアレイ５と、原稿の像をセンサー受光部に結像するレンズアレイ６と、原稿９を載置する透明板７と、これらの部材を支持する外装ケース８より構成されている。

上記密着型イメージセンサーにおける動作は、ＬＥＤアレイ５等により原稿面を照射し、前記原稿面の読み取りライン上の拡散反射光をレンズアレイ６によりセンサー画素列上に結像し、前記反射光のもつ原稿９の濃淡情報、即ち光の強弱を個々のセンサー画素が電気信号に変換し、主走査方向に順次送り出す。そして、前記原稿９とセンサー画素列との相対位置を副走査方向に移動させて前記主走査方向のデータ送出を繰り返すことにより２次元画像情報を時系列電気信号に変換する。

縮小光学系イメージスキャナー装置においては、図１４に示すように、原稿９を照射する光源に蛍光灯５ａ等を使用し、原稿９の読み取りラインＢ上の反射光を縮小レンズ６ａを介してＣＣＤ１ａに結像して、原稿面の画像テータを読み取るものである。

しかしながら、前述した密着型イメージスキャナー装置及び縮小光学系イメージスキャナー装置には次のような問題点がある。即ち、イメージスキャナー装置の消費する電力は、光源と受光ＩＣによるが、受光ＩＣの消費電力は２０ｍＷ〜２００ｍＷ程度であるのに対して、光源は５００ｍＷ〜２Ｗと消費電力の大部分を占めている。特に電池動作のイメージスキャナー装置においては、低電力化が重要課題であり、且つ光源コストの低減要求を満足させることは困難である。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、イメージスキャナー装置用の光源の消費電力を略ゼロに低減し、且つ、外光の光量やスペクトルの変動の悪影響を低減することによって光源性能の向上と光源コストの低減を実現し、安価なイメージスキャナー装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明におけるイメージスキャナー装置は、 原稿面を照射して読み取りラインの反射光を結像するレンズと、前記原稿面からの反射光を前記レンズを通して受光して光電変換するための原稿読み取り受光素子と、これらの部材を支持する外装ケースとより構成されたイメージスキャナー装置において、前記外装ケースの一部からスキャナー内部へ外光を取り入れ、前記原稿面を照射するための導光体を設け、前記導光体は透明樹脂成形物よりなる透明部材で一体に形成され、外光再放出面をレンズアレイに対応した幅が狭く細長い形状に形成し、外光取り入れ面は前記外光再放出面より幅が広く短い形状に形成することにより、その平面形状は前記外光取り入れ面から前記原稿読み取りラインを照射する外光放出面に広がる扇形形状をなし、かつ断面形状は楔形状に形成したことことを特徴とする。

前記導光体内に取り入れた外光を均一に集光するために、前記導光体の外光取り入れ面と外光再放出面の間で導光体内部に一体的に、光拡散部材を設けたことを特徴とする。

前記導光体により外部から取り入れられた光の可視光線以外の光である紫外線と赤外線のうち、少なくともいずれか一方の光をカットして原稿面を照射するフイルタを、前記導光体の外光取り入れ面と外光再放出面の間で導光体内部に一体的に設けたことを特徴とする。

前記導光体の外周部の少なくとも一部に、反射面を形成したことを特徴とする。

前記導光体により外部から取り入れた光の一部をカラーセンサ又はホワイトバランスセンサよりなる受光素子に導き、原稿照明光の色バランスを測定し、原稿読み取り受光素子から出力される原稿の色情報に補正を加え、より原稿色に近い読み取りを行うための補助部を設けたことを特徴とする。

前記導光体により外部から取り入れた光の一部を原稿読み取り受光素子と別の受光素子部に導き、光の強度を測定し、その測定値から原稿読み取り受光素子の光蓄積時間を変化させる補助部を設けたことを特徴とする。

すなわち本発明によれば、スキャナー装置の外装ケースの一部からスキャナー内部へ外光を取り入れて原稿面を照射するための導光体を設け、この導光体の形状を工夫したことにより、外光取り入れ面付近におけるに対し、外光再放出面側の出射光の変動を極力少なくすることが可能となる。また前記導光体には形状の自由度が高いプラスチック成形品を用いることができるので、性能の良い導光体を低コストで提供出来る。

また前記導光体はプラスチック成形技術を応用して、前記導光体の一部に拡散フイルム又は拡散板等よりなる光拡散部を設けることができるため、原稿面を均一な光量で照明することができる。

以下図面に基づいて本発明におけるイメージスキャナー装置の構成について密着型イメージスキャナー装置を例に説明するが、縮小光学系イメージスキャナー装置においても同様に実施できる。図１〜図５は本発明の第１の実施の形態である密着型イメージスキャナー装置に係わり、図１はイメージスキャナー装置の要部断面図、図２はハンディスキャナーの外観を示す斜視図、図３は図１の内部構造を示す斜視図、図４は導光体の斜視図、図５（ａ）は図４のＡ−Ａ線断面図、図５（ｂ）は図４のＢ−Ｂ線断面図である。図において、従来技術と同一部材は同一符号で示す。

図１において、従来のようなスキャナー光源をスキャナー内部に持ち発光させることで原稿面を照射するスキャナー装置と異なり、本発明においては、屋内使用時においては、蛍光灯等の屋内照明の光を、又、屋外使用時においては太陽光等の外光をスキャナー内部に導光するものである。１０は外装ケースの一部に設けた導光体である。他の部材は上述した従来と同様に、１は光電変換を行う画素が複数配列された原稿読み取り受光素子（以下、受光素子と略記する）、３は前記受光素子１を実装した基板、６は原稿の像をセンサー受光部に結像するレンズアレイ、７は原稿９を押さえるガラス等よりなる透明板、８はこれらの部材を支持する外装ケース８より構成されている。

図２において、前記導光体１０の配設位置は、外光を効率良く取り入れ易く、且つ、ハンディスキャナーを操作時に手で隠されない位置が最適である。また、外光取り入れ面１０ａの形状は、スキャナー装置内に導光した照明を受光素子が読み取る原稿９の読み取りライン部をライン状に照明することが望ましい。そこで前記導光体１０の外光取り入れ面１０ａを後述する外光再放射面に合せて細長くすることも考えられるが、操作環境により前記外光取り入れ面１０ａにおける細長い受光面の一部に強い光が当たったり、取り入れられた光の量やスペクトルが細長い受光面の各部分で異なる可能性が高い。図２のように、外装ケース８の上面の一部に略矩形形状のような幅が広く、短い形状に配設し、前記外光取り入れ面１０ａから光を取り入れて、その光をライン状に効率良く分散させる後述する導光体１０の形状が必要とされる。１１は読み取り動作ボタン、１２は外部より電源の供給を受けるケーブルであり、電池動作の場合は不要である。

図３、図４及び図５において、前記導光体１０は透明樹脂成形物、例えば、アクリル等のプラスチック部材よりなる透明部材で一体成形されており、図３、図４に示すごとく外光再放出面１０ｂはレンズアレイ６のライン形状に対応して幅が狭く細長い形状に形成され、また外光取り入れ面１０ａは、前記外光再放出面１０ｂより幅が広く短い形状に形成されている。
この結果図２で説明したごとく外光取り入れ面１０ａの付近の外光Ａの光量やスペクトルが場所によって異なったとしても、前記外光取り入れ面１０ａを外光再放出面１０ｂに合せて細長い形状に形成した場合に比べて、本願のごとく前記外光再放出面１０ｂより短い形状に形成した場合には、変動する外光Ａを長い範囲で取り入れずに、短い範囲で取り入れているためその影響を受ける度合いが少なくなる。

すなわち前記外光取り入れ面１０ａの幅が広く短い形状は、外光Ａの取り入れ範囲を制限して外光Ａの光量やスペクトルが場所によって異なることの悪影響を軽減する。

上記の条件を備えた導光体１０の平面形状は図５（ａ）に示すように、外光取り入れ面１０ａから前記原稿面の読み取りライン（ライン状照明部Ｂ）を照射する外光再放出面１０ｂにわたり広がる扇形形状をなし、断面形状は図５（ｂ）に示すように、略狭まる楔形状をなし、前記導光体内に取り入れた外光をライン状に均一に集光させる。

以上の構成によりその作用について説明する。本イメージスキャナー装置は外装ケース８の上面に配設した導光体１０の外光取り入れ面１０ａから、屋内使用時は蛍光灯等の屋内照明を、又、屋外使用時は太陽光等の外光Ａをスキャナー内部に導光する。

外光取り入れ面１０ａから導光された外光Ａは、図５（ａ）に示すように左右に広がり、同時に図５（ｂ）に示すように両側の反射面１０ｃにより反射した外光Ａは、外光再放出面１０ｂに導かれて再放出され、原稿面のライン状照射部Ｂを照射する。前記反射面１０ｃにアルミ蒸着等のミラー加工を施して反射効率を上げた方が良いが、導光体１０の材質に前述したアクリル等のプラスチック部材よりなる透明樹脂成形物を用いるため、屈折率が１．５程度であるので空気との界面が反射面として働くため、特にミラー加工を施さなくても良い。

前記原稿面のライン状照射部Ｂの拡散反射光をレンズアレイ６により受光素子１の画素列上に結像し、前記反射光のもつ原稿の濃度情報、即ち、光の強弱を個々のセンサー画素が電気信号に変換し，主走査方向に順次送り出す。そして原稿９とセンサー画素列との相対位置を副走査方向に移動させて前記主走査方向のデータ送り出しを繰り返すことにより、２次元画像情報を時系列電気信号に変換する。以上により文書や図形等の原稿９の文書画像データを読み取る。

前記導光体１０において、外光取り入れ面１０ａから取り入れた外光Ａを、ライン状照射部Ｂにライン状に均一に集光させるために、上述した導光体１０の形状と共に、図６に示すように、前記導光体１０の外光取り入れ面１０ａ近傍か、又は外光取り入れ面１０ａと外光再放出面１０ｂの間に、光を分散、拡散させる拡散フィルム又は拡散板等の光拡散部１０ｄを設けることにより、ライン状照射部Ｂに均一な光量を得ることができる。

図７及び図８は本発明の第２の実施の形態であり、図７は外装ケースを除いた状態のイメージスキャナー装置の斜視図、図８（ａ）はそのブロック図である。前述したように、本スキャナー装置は外光Ａを用いるため、その外光Ａのスペクトル分布が異なると、同じ色が別々の色として読み込まれてしまう。これを防止するために一般にビデオカメラで用いられているホワイトバランスと同様な方法で、光のスペクトルを知る必要がある。そこで照明光に近い光として、外光再放出面１０ｂより出た光を測定する。そのため前記導光体１０により外部から取り入れた光の一部を、ライン状照射部Ｂ上に設けた色センサ１３等よりなる受光素子に導き、ライン状照射部Ｂの原稿照明光の色バランスを測定した補正データＢと、前記受光素子１から出力される原稿の色情報データＡとをＡ／Ｂ計算部１４にて補正を加え、より原稿色に近い読み取りデータを得るための補助部１５を設ける。

前記色センサ１３で照明光の赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各波長の光の強度を測定して、原稿面の読み取りデータのＲ値、Ｇ値、Ｂ値を補正する。例えば、前記色センサ１３で読み取ったＲ値、Ｇ値、Ｂ値の比が、１：１：１を基準光のスペクトルとした場合、ある光のもとで前記スキャナー装置を操作し、その時の色センサ１３で読み取ったＲ値、Ｇ値、Ｂ値の比が、２：１：０．５であったなら、そのときの原稿面の読み取りデータのＲ値、Ｇ値、Ｂ値をそれぞれの値で割る。即ち、Ｒ／２、Ｇ／１、Ｂ／０．５を読み取りデータとして用いることにより、照明光のスペクトルの値を補正する。

図７に示す前記色センサ１３の位置に、色センサ１３の代わりに白色部１３ａを設ける。図８（ｂ）はそのブロック図である。前記白色部１３ａの反射光を受光素子１の一部１ａを光源色の測定に用いる。前記１ａで読み取った補正データＢと、前記受光素子１から出力される原稿の色情報データＡとをＡ／Ｂ計算部１４にて補正を加え、より原稿色に近い読み取りを行うための補助部１５ａを設けることにより、特に前記色センサ１３を用いず受光素子１の一部で代替えすることが可能である。

図９及び図１０は本発明の第３の実施の形態であり、図９は外装ケースを除いた状態のイメージスキャナー装置の斜視図、図１０はそのブロック図である。前述したように、本スキャナー装置は外光Ａを用いるため、照明光の光量（原稿面の照度）が低すぎる場合は、読み取りデータのＳ／Ｎ比が悪くなり、逆に光量が高すぎる場合は、受光素子１及びその受光素子１に含まれる処理回路が飽和して原稿の読み取り品質が悪くなり、最悪の場合は読み取り不能となる。受光素子１は照明光の光量が設定値±１０％程度であることが必要とするため、照明光量を設定値に保ちたいが、専用の光源を持たない本スキャナー装置においては、照明光量を一定に保つことは不可能である。

従って、前述したように、色センサ１３又はその色センサ１３の代わりに白色部１３ａを設けて受光素子１の一部を色測定に用いる部分で、Ｒ値、Ｇ値、Ｂ値の比でなく、その出力の絶対値が適切な値になるように、受光素子１を動作させるパラメータである光蓄積時間を変化させることが考えられる。

図９に示すように、ライン状照射部Ｂの一部に光量センサ１６を設ける。受光素子１の動作は、各画素において原稿面からの反射光を一定時間ホトダイオードやホトトランジスタに当て、そこで光電変換しその時発生した電荷を前記一定時間蓄積することで電気信号を得ている。従って、光が暗い場合はこの蓄積時間を長く、明るすぎる場合はこれを短くすることで、照明光の強弱に対応する。図１０に示すように、前記導光体１０により外部から取り入れた光の一部を受光素子１と別の光量センサ１６に導き、光の強度を測定し、その光量データを蓄積時間決定回路１７にて処理し、受光素子１にコントロール信号を送る。光蓄積時間を変化させる補助部１８を設ける。

図１１は外装ケースを除いた状態のイメージスキャナー装置の斜視図、図１２はそのブロック図である。前述した光量センサ１６を特に用いず、受光素子１の一部１ａを光量測定用に用いた場合で、ライン状照射部Ｂの一部に白色部１３ａを設け、蓄積時間決定回路は、光量測定部の出力値が飽和しない、なるべく長い蓄積時間を設定する。受光素子１の一部１ａと白色部１３ａと蓄積時間決定回路１７で補助部１８ａを構成する。

本スキャナー装置の照明光は前述したように、外光を用いているため、人間の目に見えない波長の光を多量に含んでいる場合がある。特に太陽光は紫外線、赤外線を多く含んでいるが、本スキャナー装置の受光素子１がそれら紫外線、赤外線に感度を持っている場合が多いため、照明光から可視光線以外をカットするか、受光素子１を前記紫外線、赤外線に対して不感にする必要がある。また、受光素子１で紫外線、赤外線を完全に不感に出来ない場合は、照明光から紫外線、赤外線あカットする必要を生じる。前記導光体１０により外部から取り入れた光の可視光線以外の光である紫外光と赤外光のうち、少なくともいずれか一方の光をカットして原稿面を照射する部材として、前述したように、図６の拡散フィルム、拡散板等の光拡散部１０ｄを図１１に示すフィルタ１０ｅにすることで実現できる。前記フィルタは一般によく見かけるサングラスのような着色したガラスやプラスチック部材である。

以上説明したように、本発明によれば、光源を持たないスキャナー装置において、スキャナー装置の外装ケースの一部からスキャナー内部へ、太陽光又は室内照明光等の外光を取り入れ、前記原稿面を照射するための導光体を設けたことにより、消費電力は略ゼロに低減し、前記導光体にはプラスチック成形品を用いてその形状を工夫することで外光の光量やスペクトルが部分的に異なることことの悪影響を低減し、性能の良い導光体を低コストで提供出来る。

前記導光体は、導光体内に取り入れた外光をライン状に均一に集光させる形状にし、且つ、前記導光体の一部に拡散フイルム又は拡散板等よりなる光拡散部を設けたことにより、外光は外部に漏れることなく、効率良く原稿面をライン状に均一な光量で照明することができる。

特にカラースキャナーの場合、前記導光体により外部から取り入れた光の一部をカラーセンサ又はホワイトバランスセンサ等よりなる受光素子に導き、原稿照明光のスペクトルの違いを補正することにより、より原稿色に近い読み取りを行うことができる。

前記導光体により外部から取り入れた光の一部を原稿読み取り受光素子と別の受光素子部に導き、光の強度を測定し、その測定値から原稿読み取り受光素子の光蓄積時間を変化させることにより、照明光の強弱に対応することができる。

前記導光体により外部から取り入れた光の可視光線以外の光である紫外光と赤外光のうち、少なくともいずれか一方の光をフィルタでカットすることにより、原稿読み取りは人の目で見えるように再現できる。

以上のように、スキャナー内部に光源を持たず外光を効率よく用いることにより、スキャナー装置用の光源の消費電力を略ゼロに低減し、且つ、光源コストを低下させ、安価なイメージスキャナー装置を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係わる密着型イメージスキャナー装置の要部断面図である。 ハンディスキャナー装置の斜視図である。 図１のスキャナー装置の内部構造を示す斜視図である。 図３の導光体の斜視図である。 図５（ａ）は図４のＡ−Ａ線断面図、図５（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。 図４の導光体に光拡散部を設けた状態の斜視図である。 図３でライン状照射部の一部に色センサ及び白色部を設けた状態の斜視図である。 図８（ａ）は色センサ、図８（ｂ）は白色部を設て補助部を説明するブロック図である。 図３でライン状照射部の一部に光量センサを設けた状態の斜視図である。 図９のブロック図である。 図９でライン状照射部の一部に白色部を設けた状態の斜視図である。 図１１のブロック図である。 従来の密着型イメージスキャナー装置の要部断面図である。 従来の縮小光学系のスキャナー装置の原理図である。

符号の説明

１ 原稿読み取り受光素子１
６ レンズアレイ
７ 透明板
８ 外装ケース
９ 原稿
１０ 導光体
１０ａ 外光取り入れ面
１０ｂ 外光再放出面
１０ｃ 反射面
１０ｄ 光拡散部
１０ｅ フィルタ
１３ 色センサ
１３ａ 白色部
１４ Ａ／Ｂ計算部
１５、１５ａ、１８、１８ａ 補助部
１６ 光量センサ
１７ 蓄積時間決定回路
Ａ 外光
Ｂ ライン状照射部

Claims (6)

1. 原稿面を照射して読み取りラインの反射光を結像するレンズと、前記原稿面からの反射光を前記レンズを通して受光して光電変換するための原稿読み取り受光素子と、これらの部材を支持する外装ケースとより構成されたイメージスキャナー装置において、前記外装ケースの一部からスキャナー内部へ外光を取り入れ、前記原稿面を照射するための導光体を設け、前記導光体は透明樹脂成形物よりなる透明部材で一体に形成され、外光再放出面をレンズアレイに対応した幅が狭く細長い形状に形成し、外光取り入れ面は、前記外光再放出面より幅が広く短い形状に形成することにより、その平面形状は前記外光取り入れ面から前記原稿読み取りラインを照射する外光再放出面に広がる扇形形状をなし、かつ断面形状は楔形状に形成したことことを特徴とするイメージスキャナー装置。
2. 前記導光体内に取り入れた外光を均一に集光するために、前記導光体の外光取り入れ面と外光再放出面の間で導光体内部に一体的に、光拡散部材を設けたことを特徴とする請求項１記載のイメージスキャナー装置。
3. 前記導光体により外部から取り入れられた光の可視光線以外の光である紫外線と赤外線のうち、少なくともいずれか一方の光をカットして原稿面を照射するフイルタを、前記導光体の外光取り入れ面と外光再放出面の間で導光体内部に一体的に設けたことを特徴とする請求項１記載のイメージスキャナー装置。
4. 前記導光体の外周部の少なくとも一部に、反射面を形成したことを特徴とする請求項１乃至３項の何れか１項記載のイメージスキャナー装置。
5. 前記導光体により外部から取り入れた光の一部をカラーセンサ又はホワイトバランスセンサよりなる受光素子に導き、原稿照明光の色バランスを測定し、原稿読み取り受光素子から出力される原稿の色情報に補正を加え、より原稿色に近い読み取りを行うための補助部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４項の何れか１項記載のイメージスキャナー装置。
   
6. 前記導光体により外部から取り入れた光の一部を原稿読み取り受光素子と別の受光素子部に導き、光の強度を測定し、その測定値から原稿読み取り受光素子の光蓄積時間を変化させる補助部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４項の何れか１項記載のイメージスキャナー装置。
   
   

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