JP4061098B2

JP4061098B2 - 画像読み取り装置

Info

Publication number: JP4061098B2
Application number: JP2002082365A
Authority: JP
Inventors: 哲朗中村; 雅一郎立川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP2002359723A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原稿面に描かれた画像を光学的に読み取る画像読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機・スキャナ・プリンタ・ファクシミリ等の機能を兼ね備えたマルチファンクションプリンタは、原稿面に描かれた画像を光学的に読み取る画像読み取り装置を備えている。
【０００３】
上記画像読み取り装置の読み取り方式としては縮小光学方式（縮小ＣＣＤ方式）がよく知られている。この縮小光学方式には、レンズの焦点深度を大きくとることによって原稿台から原稿が浮いた状態でも鮮明な画像を得ることができるという利点がある一方、装置が大型になるという欠点があった。そこで、装置の小型化・薄型化を配慮するときは、通常、図１３に示すように、等倍正立で原稿からの情報をセンサに導く密着方式を用いる。
【０００４】
すなわち、原稿面１０６斜め上方に２本のLED アレイ１１２を左右対称に配列する。そして、この２本のLED アレイ１１２の中間上方位置に配置したロッドレンズアレイ１２１によって、原稿面１０６に照射された光を受ける。
【０００５】
ここで、上記LED アレイ１１２は、図１４に示すように、多数のLED 素子１２５を基板１２４上に配列してなる。また、上記ロッドレンズアレイ１２１は、図１５に示すように、円柱形状のロッドレンズ１２２を所定数隣接させて配列し、基板１２４で挟み込んだ構成になっている。
【０００６】
このような密着方式を用いると、センサ１０８から原稿面１０６までの距離（以下「共役長」という）を小さくできるので装置全体をかなり小さくすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、より装置の小型化を進めるには、上記共役長を更に短くする必要があり、この共役長を短くするには、各ロッドレンズ１２２の径を小さくしなければならない。しかしながら、径を小さくすると各ロッドレンズ間のクロストークやフレア光等の光ノイズが多くなるため、センサ１０８に投影される像が不明瞭になるという問題があった。
【０００８】
また、装置の小型化を進めるには光源をできるだけ原稿面１０６に近接配置することも重要である。しかしながら、上記従来のLED アレイは点光源の集合であるため、この光源と原稿面１０６とがある程度の距離を保たないと照射強度の均一性を確保できない。すなわち、上記従来のLED アレイを用いて装置の小型化を進めるには限度があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の事情に基づいて提案されたものであって、画像読み取り装置の小型化を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、原稿面に描かれた画像を光学的に読み取る画像読み取り装置において以下の手段を採用している。
【００１１】
すなわち、透明な原稿台の下面に接して対面された原稿面に対しそれぞれが所定角度を保つとともに相互に所定間隔を保ってその原稿面の読み取り対象位置上方に左右対称に２本の光源を配置する。これらの光源は、発光層を透明基板上に形成した面発光光源である。そして、この２本の面発光光源の間隙部分に、光ファイバを複数本束ねることによって又はマイクロレンズを複数配列することによって構成されたレンズを配置する。このとき、レンズは、それを構成した各光ファイバ又は各マイクロレンズの外周に光を吸収し又は遮光する層が形成されたものとし、また、２本の面発光光源は、それぞれ、その一の端部をレンズと他方の端部を原稿台と接する又は１ｍｍ程度内に配置する。
【００１２】
上記した面発光光源を用いれば、当該光源を読み取り位置に近づけても、この読み取り位置において均一な照射強度を得ることができる。また、ロッドレンズに比べて径が小さいファイバレンズを用いれば、共役長を短くすることができる。これによって、装置の小型化を進めることができるのはいうまでもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
まず、本願出願人は、画像読み取り装置の小型化を図るために、従来のロッドレンズ１２２に代えてファイバレンズを用いることを特願2000-224156号等で提案している。
【００１４】
このファイバレンズとは、図４に示すように、小さい径（0.5mm 以下）の光ファイバ１４０を複数本束ねることによって構成されたレンズ１４をいう。光ファイバ１４０の屈折率は、軸から外周に向かって漸次小さくなる（例えば、軸からの距離が大きくなるにつれ、その距離の２乗に対応して小さくなる）ので、光は光ファイバ１４０の中心方向に収束することになる。
【００１５】
しかしながら、このようにレンズの径を小さくするとクロストークやフレア等の現象が顕著になる。そこで、図４に示すように、光ファイバ１４０を複数本束ねてファイバ束１４４を形成し、このファイバ束１４４の外周に光吸収層１４１を形成しておくか、あるいは、図５に示すように、光ファイバ１４０単体それぞれの外周に光吸収層１４３を形成しておく必要がある。
【００１６】
なお、上記ファイバ束１４４は、クロストークやフレア等の現象を防止するため、下記の関係を満たすのが好ましい。すなわち、図６に示すように、ファイバ束１４４の一辺の長さＳを光ファイバ１４０の長さＴで除した値が開口角ωの正接値よりも小さくなる関係を満たすように、上記一辺の長さＳを設定しておく。
【００１７】
この開口角ωとは、光を正常に伝送することができる最大の角度をいう。図６では、光を正常に伝送することができる最大の角度で光Ｖが光ファイバ１４０に入射している状態を示しているので、この図でいうと、光ファイバ１４０の中心軸Ｕと入射光Ｖとの間の角度が開口角ωに相当する。
【００１８】
ここで、従来は、径が大きいロッドレンズ１２２を用いていたため、２０ｍｍから５０ｍｍ程度の共役長が必要であった。例えば、径０．６ｍｍ、長さ２２．８ｍｍ、開口角４度のロッドレンズ１２２を用いた場合、共役長は５０ｍｍ程度必要であった。また、径０．６ｍｍ、長さ８．８ｍｍ、開口角１２度のロッドレンズ１２２を用いた場合、共役長は２０ｍｍ程度必要であった。
【００１９】
それに対し、本発明では、径が小さいファイバレンズ１４を用いるようにしているため、図１に示すように、センサ１から原稿面９までの距離（共役長）を短くすることができる。以下、図７を用いて、ファイバレンズ１４の径・長さ・開口角をそれぞれ変化させたときの共役長について説明する。
【００２０】
すなわち、径０．３ｍｍ、長さ４．４ｍｍ、開口角１２度のファイバレンズ１４を用いた場合、共役長は１０．０ｍｍであった。この場合、ファイバレンズ１４の下端部と原稿面９までの距離は２．８ｍｍであった。
【００２１】
また、径０．３ｍｍ、長さ１１．４ｍｍ、開口角４度のファイバレンズ１４を用いた場合、共役長は２５．０ｍｍであった。この場合、ファイバレンズ１４の下端部と原稿面９までの距離は６．６ｍｍであった。
【００２２】
もちろん、ファイバレンズ１４の径を更に小さくすれば、以下に説明するように、共役長も更に短くすることができる。
【００２３】
すなわち、径０．１ｍｍ、長さ１．４ｍｍ、開口角１２度のファイバレンズ１４を用いた場合、共役長は３．２ｍｍであった。この場合、ファイバレンズ１４の下端部と原稿面９までの距離は０．９ｍｍであった。
【００２４】
また、径０．１ｍｍ、長さ３．６ｍｍ、開口角４度のファイバレンズ１４を用いた場合、共役長は８．０ｍｍであった。この場合、ファイバレンズ１４の下端部と原稿面９までの距離は２．２ｍｍであった。
【００２５】
以上のように、本発明では、径が小さいファイバレンズ１４を用いるようにしているため、共役長を短くすることができる。これによって、装置の小型化を進めることができるのはいうまでもない。
【００２６】
なお、ここでは開口角が１２度と４度の場合について説明したが、もちろん開口角は１２度と４度に限定されるものではない。
【００２７】
ところで、装置の小型化を進めるには光源をできるだけ原稿面に近接配置することも重要である。しかしながら、上記従来のLED アレイは点光源の集合であるため、この光源と原稿面とがある程度の距離を保たないと照射強度の均一性を確保できない。すなわち、上記従来のLED アレイを用いて装置の小型化を進めるには限度があった。
【００２８】
そこで、本願出願人は、以下に説明するエレクトロルミネッセンス膜を面発光光源として用いることを特願2000-217561号等で提案している。
【００２９】
すなわち、図２に示すように、走査方向に長いガラスあるいは透明樹脂等の透明基板１０１上に透明電極膜１０３を形成する。そして、その上に光媒体としてのエレクトロルミネッセンス膜１００を形成する。更に、その上に金属電極１０２を積層する。
【００３０】
また、このような面発光光源をカラーで実現する場合は、図３（ａ）に示すように、R （赤）・G(グリーン) ・B （ブルー）の各色に対応する等幅のエレクトロルミネッセンス膜１００r ・１００ｇ・１００ｂを短手方向に形成する。あるいは、図３（ｂ）に示すように、光源列２００を長手方向に繰り返し配列するようにしても、同様のカラー面発光光源を実現することができる。この光源列２００とは、ＲＧＢの各色に対応する等幅のエレクトロルミネッセンス膜１００r ・１００ｇ・１００ｂを長手方向に配列したものをいう。
【００３１】
以上のような面発光光源を用いれば、図１に示すように当該光源５ａ・５ｂを読み取り位置Ｐａに近づけても、この読み取り位置Ｐａにおいて均一な照射強度を得ることが可能となるため、装置の小型化を進めることができる。
【００３２】
ただし、上記のように面発光光源５ａ・５ｂを原稿面９に近接配置する場合は、この面発光光源５ａ・５ｂをどのように配置すれば効率よく原稿を照明し、また原稿を高画質で読み取れるかを検証しておく必要がある。
【００３３】
そこで、以下に説明するように、面発光光源５ａ・５ｂの位置と角度とを種々変化させてそのときの原稿面照度とＭＴＦ（modulation transfer function）値とを測定し、評価した。なお、ＭＴＦ値とはセンサの分解能をいう。
【００３４】
まず、長さ１６０ｍｍ・幅４ｍｍの面発光光源（上記図２参照）を長手方向に２つ繋げてＡ３サイズとし、図８に示すように、この２本のＡ３サイズ光源５をレンズ１４の両側にそれぞれ取り付ける。そして、面発光光源５の中心Ｏと読み取り位置Ｐａとを結ぶ線分Ｌの長さｒを５ｍｍに固定した状態で、この線分Ｌと原稿面９とのなす角度θを２０°から７０°まで変化させて、そのときの原稿面照度とＭＴＦ値とを測定した。
【００３５】
その結果、１６００ｌｘ以上の原稿面照度が得られるのは、図９（ａ）に示すように角度θが３０°以上の場合であり、７５％以上のＭＴＦ値が得られるのは、図９（ｂ）に示すように角度θが６０°以下の場合であることが判った。すなわち、角度θが３０°から６０°の場合が好ましい範囲といえる。
【００３６】
また、２０００ｌｘ以上の原稿面照度が得られるのは、図９（ａ）に示すように角度θが４０°以上の場合であり、８０％以上のＭＴＦ値が得られるのは、図９（ｂ）に示すように角度θが５５°以下の場合であることが判った。すなわち、角度θが４０°から５５°の場合が特に好ましい範囲といえる。
【００３７】
以上のように、本発明によれば、角度θを３０°から６０°と広く設定できるとともに線分Ｌの長さｒを５ｍｍまで短く設定できるため、装置の小型化を進めるうえで有利である。なお、ここではモノクロ光源（上記図２参照）を用いた場合を例示したが、カラー光源（上記図３参照）を用いた場合も同様の結果が得られた。
【００３８】
従来は角度θを４５°から５０°とするのが一般的であったところ、本発明によれば角度θを３０°から６０°と広く設定できるのは、従来のLED アレイに代えて面発光光源を用いたからである。すなわち、LED アレイを用いた場合は所定の点光源のみが読み取り位置Ｐａを照明することになるのに対し、面発光光源を用いた場合は様々な角度からの光が読み取り位置Ｐａを照明することになる。
【００３９】
また、線分Ｌの長さｒを５ｍｍまで短く設定できるのも面発光光源を用いているからであり、従来のようにLED アレイを用いた場合は、均一な照射強度が得られないことから線分Ｌの長さｒをここまで短く設定することはできない。すなわち、従来の典型的な画像読み取り装置では、線分Ｌの長さｒを９ｍｍ前後に設定するのが一般的であった。
【００４０】
このように線分Ｌの長さｒを５ｍｍまで短くしたのは、装置の小型化を図るためであることはいうまでもないが、面発光光源５の端部をレンズ１４や原稿台８となるガラスとできるだけ近い位置に配置するためでもある。すなわち、図８に示すように、面発光光源５の上端部P１をレンズ１４とできるだけ近い位置に配置するとともに、面発光光源５の下端部P2を原稿台８とできるだけ近い位置に配置すれば、光が拡散することを防止できるので、光の伝送効率が向上し、原稿面照度を上げることができる。
【００４１】
このように原稿面照度を上げるためには、面発光光源５の端部をレンズ１４や原稿台８と１ｍｍ以内の位置に配置するのが好ましい。すなわち、面発光光源５の端部をレンズ１４や原稿台８と１ｍｍ以内の位置に配置したとき、原稿面照度を上げるという点で一定の効果が得られた。
【００４２】
以下、面発光光源５の端部をレンズ１４や原稿台８と１ｍｍ以内の位置に配置することを「面発光光源５の端部がレンズ１４や原稿台８と接する又は近接する状態を確保する」という。
【００４３】
もっとも、角度θによっては、面発光光源５の端部がレンズ１４と原稿台８の両方に接する又は近接する状態を確保できない場合もあるが、その場合は、レンズ１４と原稿台８のいずれか一方に接する又は近接するようにしておく。
【００４４】
すなわち、角度θが大きすぎることから、面発光光源５の端部がレンズ１４と原稿台８の両方に接する又は近接する状態を確保できないときは、当該面発光光源５の端部をレンズ１４のみと接する又は近接するように配置する。一方、角度θが小さすぎることから、面発光光源５の端部がレンズ１４と原稿台８の両方に接する又は近接する状態を確保できないときは、当該面発光光源５の端部を原稿台８のみと接する又は近接するように配置する。このように面発光光源５の端部がレンズ１４と原稿台８の一方にしか接しない又は近接しない状態であっても、いずれにも接しない又は近接しない状態に比べれば原稿面照度を上げる効果がある。
【００４５】
なお、上記の説明では特に言及しなかったが、図１に示すように、面発光光源５の端部とレンズ１４又は原稿台８との間に当該装置の筐体Hが介在してもかまわない。この場合も、原稿面照度を上げるという点で一定の効果を得るために、面発光光源５の端部と接する部分の筐体Hの厚さは１ｍｍ以内にしておくのが好ましい。
【００４６】
また、上記の説明では、幅４ｍｍの面発光光源を用いるとともに線分Ｌの長さｒを５ｍｍに固定することにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、幅２ｍｍの面発光光源を用いるとともに線分Ｌの長さｒを３ｍｍに固定した状態や、幅１ｍｍの面発光光源を用いるとともに線分Ｌの長さｒを１ｍｍに固定した状態で原稿面面照度とＭＴＦ値とを測定した場合も、角度θが３０°から６０°の場合が好ましい範囲であり、角度θが４０°から５５°の場合が特に好ましい範囲であることがわかった。
【００４７】
更に、上記の説明では、２本の面発光光源を用いた構成を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、1本の面発光光源を用いた構成も本発明の適用範囲である。
（実施の形態２）
上記実施の形態１ではファイバレンズを用いることとしているが、このファイバレンズに代えて以下の手順で製造したマイクロレンズを用いれば、より装置の小型化を進めることができる。
【００４８】
まず、ＳｉＯ２−Ｌｉ２Ｏ―Ａｌ2Ｏ３系ガラスに感光性金属（Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ）と増感剤（ＣｅＯ２）を加えることによって、マイクロレンズアレイ形成基板となる感光性ガラス１３を生成する。この感光性ガラス１３の大きさは、縦３２０ｍｍ、横１〜２ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度である。
【００４９】
このように生成した感光性ガラス１３上に、図１１（ａ）に示すように、クロム等からなるフォトマスク１２を形成する。このフォトマスク１２において光を遮断する部分の形状は、必要とする集光特性が得られれば楕円形や多角形であってもよいが円形とするのが好ましい。
【００５０】
光を遮断する部分の形状を円形とした場合、この遮断部分の径は３５μｍ程度とし、また、この遮断部分を設ける間隔は４２．３μｍ程度とするのが好ましい。ただし、この値は、センサの解像度が６００ｄｐｉであることを想定した場合の値である。
【００５１】
次いで、上記フォトマスク１２を形成した感光性ガラス１３に、波長が２００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線を７５００〜１００００μＪ／ｃｍ²照射し、約５00℃で熱処理をする。これによって、図１１（ｂ）に示すように、マスクされていない部分の感光性ガラス１３は収縮かつ変色してレンズ１１間のクロストークやフレア光を防止するための遮光膜１５となり、マスクされた部分の感光性ガラス１３はマイクロレンズ１１となる。
【００５２】
以上の手順で製造されたマイクロレンズアレイのレンズ長は１ｍｍ程度であり、ファイバレンズ１４のレンズ長に比べて遥かに小さい。このようなマイクロレンズ１１を採用すれば、図１２に示すように、センサ１から原稿面９までの距離（共役長）を２ｍｍ程度まで短くすることができる。これによって、上記実施の形態１に比べ装置をかなり小型にできることはいうまでもない。
【００５３】
ここで、マイクロレンズアレイ１０の製造方法は上記の方法に限定されるものではなく、例えば、インジェクション成形によっても製造することができる。この場合、材料には、耐熱アクリルや非晶質ポリオレフィンを用いることができ、特に、高温・高湿・熱衝撃などに強く光の透過率が高いものを選定するのが好ましい。
【００５４】
なお、このようにインジェンクション成形によってマイクロレンズアレイを製造した場合、遮光膜１５は、図１０（ａ）に示すように入射光側レンズ面に設けてもよいし、あるいは、図１０（ｂ）に示すように出射光側レンズ面に設けてもよいし、さらには、図１０（ｃ）に示すように入射光側レンズ面と出射光側レンズ面の両面に設けてもよい。遮光膜１５を出射光側レンズ面に設ける場合、このレンズ面と遮光膜１５との間１６は真空あるいは空洞でよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば画像読み取り装置の小型化を図ることができる。
【００５６】
すなわち、本発明では径の細いファイバレンズを用いるようにしているため、センサから原稿面までの距離（共役長）を短くすることができる。
【００５７】
また、本発明では面発光光源を用いるようにしているため、面発光光源の中心と読み取り位置とを結ぶ線分が原稿面となす角度θを広く設定できるとともに、この線分の長さを短く設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像読み取り装置の構成図である。
【図２】エレクトロルミネッセンス膜を用いたモノクロ面発光光源の斜視図である。
【図３】エレクトロルミネッセンス膜を用いたカラー面発光光源の説明図である。
【図４】ファイバレンズの斜視図である。
【図５】光ファイバの斜視図である。
【図６】ファイバレンズのＡ−Ａ’断面図である。
【図７】共役長の説明図である。
【図８】面発光光源の配置説明図である。
【図９】原稿面照度とＭＴＦ値の測定結果を示す図である。
【図１０】インジェクション成形によって製造したマイクロレンズアレイの説明図である。
【図１１】フォトリソによって製造したマイクロレンズアレイの説明図である。
【図１２】実施の形態２における画像読み取り装置の構成図である。
【図１３】従来の画像読み取り装置の構成図である。
【図１４】従来の画像読み取り装置が備える光源の斜視図である。
【図１５】従来の画像読み取り装置が備えるロッドレンズアレイの斜視図である。
【符号の説明】
１センサ
５面発光光源
８ガラス基板
９原稿面
１４レンズ（ファイバレンズ）
Ｐａ読み取り位置
Ｏ面発光光源の中心
Ｌ面発光光源の中心Ｏと読み取り位置Ｐａとを結ぶ線分
θ 線分Ｌがガラス基板８（原稿面９）となす角度
１００エレクトロルミネッセンス膜
１０１透明基板
１０２金属電極
１０３透明電極膜
１４０光ファイバ

Claims

原稿面上の被写体を光学的に直接画像として読み取る画像読み取り装置であって、
透明な原稿台と、
上記原稿台の下面に接して対面された原稿面に対しそれぞれが所定角度を保つとともに相互に所定間隔を保ってその原稿面の読み取り対象位置上方に左右対称に配置されており、それぞれ、発光層が透明基板上に形成された２本の面発光光源と、
光ファイバが複数本束ねられて又はマイクロレンズが複数配列されて構成されており、上記面発光光源２本の間隙部分に配置されたレンズと、
を備え、
上記レンズは、それを構成した各光ファイバ又は各マイクロレンズの外周に光を吸収し又は遮光する層が形成され、
また、２本の上記面発光光源は、それぞれ、その一の端部を上記レンズとその他方の端部を上記原稿台と接する又は１ｍｍ程度内に配置されたことを特徴とする画像読み取り装置。
上記面発光光源の中心と原稿面における読み取り対象位置との距離が１ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１に記載の画像読み取り装置。
上記ファイバレンズの共役長が３．２ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である請求項１に記載の画像読み取り装置。
上記レンズは、光ファイバが複数本束ねられて構成されたファイバレンズであり、その外周に光吸収層が形成された請求項１に記載の画像読み取り装置。