JP4532088B2 - 画像入力装置 - Google Patents

Description

本発明はコピー、スキャナ等に適用可能な画像入力装置に関するものである。

従来の一般的なコピーやスキャナにおける画像入力装置は、箱型の筐体の上面に設けられたガラス面に原稿を押し当てて画像を読み込むタイプのものが多い。この場合、筐体の内部には照明、ミラー、光学系およびイメージセンサが設けられており、ガラス面を挟んで原稿の表面を光学的に走査（スキャン）し、原稿の画像内容を電気信号に変換する。

一方、他の方式の画像入力装置として、ワークステーションのディスプレイ等の上部に設置されたＯＡカメラによって原稿の画像を分割して撮像し合成するもの（例えば、特許文献１参照。）、原稿の真上にミラー、光学系および撮像センサ（ラインセンサ）を配置し、撮像センサを水平方向に移動させて原稿の画像を読み取るもの（例えば、特許文献２参照。）、原稿の真上にミラー、光学系および撮像センサ（エリアセンサ）を配置し、ミラーを二次元方向に傾け原稿の画像を分割して撮像し合成するもの（例えば、特許文献３参照。）が開示されている。
特開平１０−２１０２７２号公報 特開平１０−３２７３１２号公報 特開平１１−２２０６６４号公報

ところで、従来のガラス面に原稿を押し当てて画像を読み込むタイプの画像入力装置にあっては、シート状の原稿は問題なく読み込めるものであるが、厚手の本などのページ（ブックタイプの原稿）を読み込む場合にはかなりの困難をきたしていた。すなわち、ブックタイプの原稿の場合は読み込ませたいページを開いた上で本を裏返しにし、画像入力装置のガラス面にバランスを保ちながら押し当てて読み込み動作を行わなければならない。更に、他のページを連続して読み込む場合、いったん本を裏返し、所望のページを開いてから再び裏返してガラス面に押し当てなければならない。

上記の作業は利用者に大きな不便をもたらすと共に、ページの紙を破いてしまうなど、本を破損してしまう恐れも多い。

更に、従来のガラス面に原稿を押し当てて画像を読み込むタイプの画像入力装置は読み込み原稿サイズより何回りか大きな水平方向の設置スペースを必要とし、机の上などに置いて使う場合に邪魔になるという問題があった。この点、不使用時に縦置きにすることによって設置スペースを小さくしたスキャナ等が存在するが、使用する際には横置きにしなければならず、本質的な解決にはなっていない。

一方、特許文献１〜３に示される他の方式の画像入力装置にあっては、基本的に原稿と非接触で画像の読み込みが行われるため、前述したようなブックタイプの原稿の読み込みの困難性は少ないが、所定の解像度を得るために原稿を分割して取り込むため取り込みおよび画像合成に時間がかかったり、原稿の上方に撮像装置があって空間的に邪魔になったり、ミラー、光学系および撮像センサが水平方向に配置されるため装置が小型化できないといった問題があった。

本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、ブックタイプの原稿の読み込みが容易に行えて作業効率を大幅に高め得ると共に、大幅な小型化が図れる画像入力装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、鉛直方向に直立し、側面の一側の下方部に読取対象となる原稿の主走査方向の長さと略同一の長さの底辺を持ち、副走査方向の読取光路を妨げない長さの高さと上辺を持った略台形状の透過窓を有した筐体と、上記筐体内の上部に配置され、水平方向に回転軸を持ち、上記筐体の斜め下方に配置される原稿を上記透過窓を介して臨む所定の角度範囲にわたって揺動可能なミラーと、上記筐体内における上記ミラーの鉛直方向の真下に固定的に配置され上記ミラーにより上記原稿から鋭角の範囲内で反射した反射光を収束させる光学系と、上記筐体内における上記光学系の鉛直方向の真下の筐体下端部に固定的に配置され上記光学系の結像を電気信号に変換するイメージセンサとを備えるように構成している。

これにより、ブックタイプの原稿に対しても非接触に自然な安定した状態で読み込むことが可能になると共に、装置の構成要素が鉛直方向に配置されるため大幅な小型化が達成できる。

また、本発明は、請求項２に記載されるように、上記イメージセンサは上記ミラーの回転軸方向を走査方向とするラインセンサとすることができる。これにより、一方向に多数の受光素子が設けられたラインセンサの特徴を利用して高解像度にて原稿の画像を読み込むことができる。

また、本発明は、請求項３に記載されるように、上記ミラーと同軸上にあって揺動可能な投光部と受光部からなる距離測定部を備えるように構成することができる。これにより、光学系の焦点調整を読み込みと同期して適切に行うことができる。

また、本発明は、請求項４に記載されるように、原稿上での走査幅を一定とするカム機構を上記ミラーの駆動部に設けるように構成することができる。これにより、パルスモータ等の一定角度で歩進する簡易な駆動源であってもミラーを適切な角度で駆動することができる。

また、本発明は、請求項５に記載されるように、上記ミラーは凸面ミラーとすることができる。これにより、ミラーの長手方向の長さを短縮し、いっそうの小型化を達成することができる。

また、本発明は、請求項６に記載されるように、上記ミラー、光学系およびイメージセンサを収納する筐体は互いに嵌合して鉛直方向に伸縮可能な上側筐体と下側筐体とから構成することができる。これにより、装置のいっそうの小型化を達成することができる。

また、本発明は、請求項７に記載されるように、上記筐体の伸縮を検出し電源のオン・オフを制御する伸縮検出スイッチを備えるように構成することができる。これにより、縮小した状態での誤動作を防止することができる。

また、本発明は、請求項８に記載されるように、原稿の読み込み範囲を照明する照明部を備えるように構成することができる。これにより、画像の読み込みのための充分な照度を得ることができる。

また、本発明は、請求項９に記載されるように、原稿面の照度が一定以上の場合に上記照明部を消灯するように構成することができる。これにより、消費電力を節約することができる。

また、本発明は、請求項１０に記載されるように、操作説明、作動状態、読み込んだ画像等を表示する表示部を備えるように構成することができる。これにより、使い勝手を向上させることができる。

また、本発明は、請求項１１に記載されるように、筐体に一体かつ収納可能に設けられた原稿ガイドを備えるように構成することができる。これにより、原稿の位置決めを正確に行うことができる。

また、本発明は、請求項１２に記載されるように、外部機器から制御信号を入力する入力端子を備えるように構成することができる。これにより、パーソナルコンピュータ等による制御が可能となり、システム的な拡張が図れる。

また、本発明は、請求項１３に記載されるように、外部機器に対し作動状態を示す信号や読み込み画像等を出力する出力端子を備えるように構成することができる。これにより、装置の状態をモニタすることが可能となる。

また、本発明は、請求項１４に記載されるように、充電式のバッテリを備えるように構成することができる。これにより、商用電源の利用できないポータブル環境においても使用することができる。

本発明によれば、鉛直方向に直立し、側面の一側の下方部に読取対象となる原稿の主走査方向の長さと略同一の長さの底辺を持ち、副走査方向の読取光路を妨げない長さの高さと上辺を持った略台形状の透過窓を有した筐体と、上記筐体内の上部に配置され、水平方向に回転軸を持ち、上記筐体の斜め下方に配置される原稿を上記透過窓を介して臨む所定の角度範囲にわたって揺動可能なミラーと、上記筐体内における上記ミラーの鉛直方向の真下に固定的に配置され上記ミラーにより上記原稿から鋭角の範囲内で反射した反射光を収束させる光学系と、上記筐体内における上記光学系の鉛直方向の真下の筐体下端部に固定的に配置され上記光学系の結像を電気信号に変換するイメージセンサとを備えるようにしているので、ブックタイプの原稿に対しても非接触に自然な安定した状態で読み込むことが可能になると共に、装置の構成要素が鉛直方向に配置されるため大幅な小型化が達成できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施例に係る画像入力装置の外観を示す図である。

図１において、画像入力装置１は薄型で鉛直方向に立った略直方体状の筐体２で形成されており、筐体２の一方の側面には画像の読み込みのための光線が通過する透過窓３が設けられている。透過窓３はガラス等の透明な材料で形成してもいいし、素通しの状態のままのどちらでもよい。また、筐体２の上方には操作部４が設けられると共に、後部には先端に電源プラグ５が設けられた電源コードが引き出されている。

図２は図１に示した画像入力装置の内部構成を示すＡ−Ａ断面図である。

図２において、筐体２の内部は鉛直方向に構成要素が配置されており、上から順に、ミラー６、光学系７、イメージセンサ８が設けられている。このように配置することで、装置の大幅な小型化が達成できる。なお、不使用時に縦置きにすることによって設置スペースを小さくしたスキャナ等が存在するが、本発明の画像入力装置１は実際の使用時であっても図示の通りの縦置きの状態にあり、その優位性は明らかである。

また、ミラー６は図の奥行き方向を回転軸として右の斜め下方の原稿Ｍを臨む所定の角度範囲にわたって揺動可能に設けられている。光学系７は複数のレンズから構成され、ミラー６で反射された原稿Ｍからの光線を受けて下方のイメージセンサ８上に結像するように配置されている。イメージセンサ８としては二次元の受光素子配列を有したエリアセンサも使用可能であるが（一次元方向しか使用しないが）、現実的な選択としては一方向に受光素子が多数並んで設けられたラインセンサが好ましく、その長手方向をミラー６の回転軸の方向と一致させて用いる。すなわち、エリアセンサは二次元に受光素子配列を持つため一次元方向の受光素子数が少ないが、ラインセンサは一次元方向にのみ受光素子を配列したものであるためその数が圧倒的に多く、高い解像度で画像を読み込む上で有利である。

図２において、画像入力の基本動作としては、イメージセンサ８のラインセンサの受光素子の並びの方向が画像読み込みの主走査方向となり、ミラー６の揺動による原稿Ｍに対する視野の変化する方向が副走査方向として作用し、直交する主走査と副走査とで原稿Ｍの画像を二次元的に読み取ることが可能になる。

次に、図３はミラーおよび距離測定部の機構の例を示す図であり、図４はその回転軸方向に沿った断面図である。

図３および図４において、ミラー６は回転軸１１上に固定されており、この回転軸１１の外周に回動可能に嵌合されたフレーム１３の一端に距離測定部を構成する投光部９がやや内側を向いて固定されており、他端に距離測定部を構成する受光部１０が固定されている。ここで、回転軸１１とフレーム１３の端部にそれぞれ固定されたギア１２，ギア１４は一体のギア１５，ギア１６と噛み合わされており、ギア１４，ギア１６のギア比がほぼ１：１、ギア１２，ギア１５のギア比がほぼ１：２とされているため、フレーム１３の回転（揺動）は回転軸１１すなわちミラー６の回転（揺動）の約２倍であって常に位相的にも先行することになる。従って、ミラー６の視野が及んで画像の読み込みが行われる前に、原稿Ｍの表面までの距離を投光部９と受光部１０によって構成される距離測定部によってリアルタイムに測定することが可能である。なお、距離測定部の回転は必ずしも２倍である必要はなく、要するに距離測定の結果を反映させられる余裕を生む程度の速さであればよい。

図５は上記の距離測定部の動作を示す図であり、図６は図５に示した距離測定部における原稿の浮き上がりを検出する様子を示す図である。

図５において、投光部９から発射された光線（スポット光）は原稿Ｍの表面に当たり、その位置がポジションセンサとしての受光部１０において認識されて距離が測定される。ここで、原稿Ｍの表面の投光部９による照射点をＰ、原稿Ｍが存在しなかった場合の仮想の照射点をＱとし、座標軸Ｘ，Ｙを図示のように設定すると、照射点Ｐ，Ｑを上方から見た様子は図６（ａ）のようになり、それを正面から見た様子は図６（ｂ）のようになる。

すなわち、投光部９からは内側にやや傾斜した角度で光線を照射するようにしているため、照射方向に対する原稿Ｍの浮き上がり量である線分ＰＱの長さは、それに比例したＹ方向の変化ΔＹとして受光部１０によって検出される。そして、距離測定の結果は図２における光学系７もしくはイメージセンサ８の光軸方向の位置調整に用いられ、自動的な焦点調整（オートフォーカス）が達成される。

次に、図７はミラー駆動部の機構の例を示す図である。

図７において、モータ１７のトルクはギア１８、ギア１９、そしてギア１９に固定されたピン２０、回転板２１のガイド孔２２を順に介して回転板２１に固定されたミラー６に伝えられるようになっている。ここで、ギア１９上のピン２０および回転板２１上のガイド孔２２はカム機構を構成しており、モータ１７の回転角度に補正を与えるよう動作する。なお、ミラー駆動部には上記の回転角の補正以外の基本的な機能として、ミラーの位置（角度）検出機能を有しており、ミラーがいかなる状態となっているかを常に検出可能となっている。

図８および図９にミラー６の回転角とＸ方向スキャン幅との関係を示すが、ミラー６が浅い角度αの場合と深い角度βの場合とで微小角度θだけ回転した場合のＸ方向の移動量はそれぞれ図中に示した計算式で表されることになり、θが同じであれば深い角度βの場合が大きくなってしまう。従って、図７に示したギア１９上のピン２０および回転板２１上のガイド孔２２で構成されるカム機構により、上記の微小角度θによるＸ方向の移動量が同じになるように補正されるようになっている。すなわち、ミラー６の角度が浅い場合はモータ１７の回転が大きくミラー６に伝わり、角度が深い場合は小さく伝わるように動作する。一般にモータ側だけで微妙な角度の制御を行うことには困難が伴い装置のコストアップを招いてしまうが、このようなカム機構を用いることで簡単に対応することができる。

次に、図１０〜図１２は上述してきたミラー６の変形例を示したものである。

図１０は平面ミラー６Ａによる集光の様子を示す図であるが、この平面ミラー６Ａに代えて図１１に示すような凸面ミラー６Ｂとすることにより、ミラーの長手方向の長さを小さくすることができ、いっそうの装置の小型化に貢献することができる。すなわち、図１２は平面ミラー６Ａと凸面ミラー６Ｂの集光の違いを示しているが、光学系７の間口を一定とした場合、凸面ミラー６Ｂはその曲率によって広い範囲の光線を光学系７に集めることができるため、同じ視野であればミラーの長さを小さくできるものである。

また、凸面ミラー６Ｂの曲率を微妙に変えることにより、光学系７のディストーション特性を補正することもできる。すなわち、凸面ミラー６Ｂの曲率を中央部曲率から周辺部曲率にかけて適宜に変化させることにより、光学系７のディストーション特性を打ち消すことができる。

次に、図１３は筐体の他の構成例を示す断面図である。

図１３において、ミラー６、光学系７およびイメージセンサ８を収納した筐体２は、互いに嵌合して鉛直方向に伸縮可能な上側筐体２Ａと下側筐体２Ｂとから構成されており、画像入力装置１を使用しない時や持ち運び時に縮小状態にすることで、いっそうの小型化と携帯性を向上させることができる。図１３は縮小状態を示しているが、上側筐体２Ａの下方への摺動に連動してミラー６が下降し、光学系７との間隔を縮める。反対に元に戻す場合、上側筐体２Ａの上方への摺動に連動してミラー６が上昇し、光学系７との間隔を適正な状態に戻す。

一方、図１３において伸縮検出スイッチ２３は上側筐体２Ａと下側筐体２Ｂとの嵌合状態に応じてオン・オフするものであり、伸ばした通常の使用状態で電源をオンとし、縮めた状態で電源をオフとすることにより、縮小した状態での誤動作を防止するようになっている。

次に、図１４は照明部の配置の例を示す図である。

図１４において、画像入力装置１の筐体２内には照明部２４が設けられ、原稿の読み込み範囲を照明するようになっている。なお、照明部２４はミラーと連動させ、読み込みの行われる部分のみを集中して照明することが電力効率の観点からも好ましい。図１４においては、主走査方向Ｙに対しては読み込み範囲をカバーする幅を持ち、これと直行する副走査方向Ｘに対しては読み取りラインをカバーする狭い幅を持った照明光２４ａで照明を行うようにしている。

また、照度センサにより原稿が置かれる面の明るさを検出し、一定値以上の照度がある場合には照明部２４をオフとすることが好ましい。この場合、照度センサは画像読み込み用のイメージセンサ８（図２）で兼用することもできるし、これとは別に設けてもよい。

次に、図１５および図１６は表示部２５の例を示したものであり、いずれも画像入力装置１の筐体２に一体的に収納可能に設けられており、使用時に引き出せるようになっている。この表示部２５には画像入力装置１の操作説明、作動状態、読み込んだ画像等が操作部４等の操作に応じて表示される。

次に、図１７は原稿ガイドの例を示す図である。

図１７において、画像入力装置１の筐体２の端部には原稿ガイド２６が一体的に収納可能に設けられており、使用時にあっては、図１８に示すように原稿ガイド２６を引き出し、原稿Ｍのエッジの位置合わせに用いる。本発明の画像入力装置１は画像の読み取りが机の上等の範囲が明確でない部分に対して行われるため、原稿ガイド２６により原稿Ｍを正確に配置することが可能となる。

次に、図１９は本発明の画像入力装置の電気電子的構成を示すブロック図である。

図１９において、画像入力装置１は、利用者が操作する操作部４と、利用者に対して装置の操作説明、作動状態、読み込み画像等を表示する表示部２５と、ミラーの回転（揺動）を行うミラー駆動部２８と、焦点調整のために原稿面までの距離を測定する距離測定部２９と、光学系の焦点調整を行う光学系駆動部３０と、原稿の照明を行う照明部２４と、原稿の画像を電気信号に変換するイメージセンサ８と、イメージセンサ８の出力信号から二次元画像を組み立てる画像処理部３１と、各部へ電力を供給する電源回路３４と、これらを制御する制御部２７とを含んでいる。

また、制御部２７には入力端子３２と出力端子３３とが接続され、外部の機器から画像入力装置１の制御（スキャン動作の開始・終了の指示等）を受け付けると共に、外部の機器に対して画像入力装置１の作動状態を示す信号や読み込み画像等の出力が行えるようになっている。

一方、電源回路３４には充電式のバッテリ３５が接続されており、商用電源の利用できないポータブル環境においても各部に電力を供給して、画像の読み込みが行えるようになっている。

本発明の一実施例に係る画像入力装置の外観を示す図である。 図１に示した画像入力装置の内部構成を示すＡ−Ａ断面図である。 ミラーおよび距離測定部の機構の例を示す図である。 図３に示したミラーおよび距離測定部の回転軸方向に沿った断面図である。 距離測定部の動作を示す図である。 図５に示した距離測定部における原稿の浮き上がりを検出する様子を示す図である。 ミラー駆動部の機構の例を示す図である。 ミラーの回転角とＸ方向スキャン幅との関係を示す図（その１）である。 ミラーの回転角とＸ方向スキャン幅との関係を示す図（その２）である。 平面ミラーによる集光の様子を示す図である。 凸面ミラーによる集光の様子を示す図である。 平面ミラーと凸面ミラーの集光の違いを示す図である。 筐体の他の構成例を示す断面図である。 照明部の配置の例を示す図である。 表示部の例を示す図である。 表示部の他の例を示す図である。 原稿ガイドの例を示す図である。 原稿ガイドの使用状態を示す図である。 本発明の画像入力装置の電気電子的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 画像入力装置
２ 筐体
２Ａ 上側筐体
２Ｂ 下側筐体
３ 透過窓
４ 操作部
５ 電源プラグ
６ ミラー
６Ａ 平面ミラー
６Ｂ 凸面ミラー
７ 光学系
８ イメージセンサ
９ 投光部
１０ 受光部
１１ 回転軸
１２ ギア
１３ フレーム
１４ ギア
１５ ギア
１６ ギア
１７ モータ
１８ ギア
１９ ギア
２０ ピン
２１ 回転板
２２ ガイド孔
２３ 伸縮検出スイッチ
２４ 照明部
２４ａ 照明光
２５ 表示部
２６ 原稿ガイド
２７ 制御部
２８ ミラー駆動部
２９ 距離測定部
３０ 光学系駆動部
３１ 画像処理部
３２ 入力端子
３３ 出力端子
３４ 電源回路
３５ バッテリ
Ｍ 原稿

Claims (14)

1. 鉛直方向に直立し、側面の一側の下方部に読取対象となる原稿の主走査方向の長さと略同一の長さの底辺を持ち、副走査方向の読取光路を妨げない長さの高さと上辺を持った略台形状の透過窓を有した筐体と、
   上記筐体内の上部に配置され、水平方向に回転軸を持ち、上記筐体の斜め下方に配置される原稿を上記透過窓を介して臨む所定の角度範囲にわたって揺動可能なミラーと、
   上記筐体内における上記ミラーの鉛直方向の真下に固定的に配置され上記ミラーにより上記原稿から鋭角の範囲内で反射した反射光を収束させる光学系と、
   上記筐体内における上記光学系の鉛直方向の真下の筐体下端部に固定的に配置され上記光学系の結像を電気信号に変換するイメージセンサとを備えたことを特徴とする画像入力装置。
2. 上記イメージセンサは上記ミラーの回転軸方向を走査方向とするラインセンサである請求項１に記載の画像入力装置。
3. 上記ミラーと同軸上にあって揺動可能な投光部と受光部からなる距離測定部を備えた請求項１または２のいずれか一項に記載の画像入力装置。
4. 原稿上での走査幅を一定とするカム機構を上記ミラーの駆動部に設けた請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像入力装置。
5. 上記ミラーは凸面ミラーである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像入力装置。
6. 上記ミラー、光学系およびイメージセンサを収納する筐体は互いに嵌合して鉛直方向に伸縮可能な上側筐体と下側筐体とから構成される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像入力装置。
7. 上記筐体の伸縮を検出し電源のオン・オフを制御する伸縮検出スイッチを備えた請求項６に記載の画像入力装置。
8. 原稿の読み込み範囲を照明する照明部を備えた請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像入力装置。
9. 原稿面の照度が一定以上の場合に上記照明部を消灯する請求項８に記載の画像入力装置。
10. 操作説明、作動状態、読み込んだ画像等を表示する表示部を備えた請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像入力装置。
11. 筐体に一体かつ収納可能に設けられた原稿ガイドを備えた請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の画像入力装置。
12. 外部機器から制御信号を入力する入力端子を備えた請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の画像入力装置。
13. 外部機器に対し作動状態を示す信号や読み込み画像等を出力する出力端子を備えた請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の画像入力装置。
14. 充電式のバッテリを備えた請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の画像入力装置。

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