JP4880641B2

JP4880641B2 - 画像読取装置

Info

Publication number: JP4880641B2
Application number: JP2008123288A
Authority: JP
Inventors: 卓松澤; 達樹岡本; 裕之河野; 正美濃部; 達也國枝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2028-05-09
Also published as: JP2009273001A

Description

本発明は、印刷物やブック原稿などの原稿を走査する画像読取装置に関する。

下記特許文献１は、光源からの光が読取位置で正反射し、読取光学系の光軸と一致するような光路を遮光部材で遮断し、迷光を除去するとともに、原稿面に直接照射されていない光の一部をミラーで折り返して照明対象位置に光を照射するようにした画像読取装置が開示されている。

特開２００７−２１２９４９号公報特開昭６０−０９６０６７号公報特開２００５−３７４４８号公報

読取光学系の光軸を読取位置に対して副走査方向に傾けた場合、原稿上の読取位置からの正反射による照明装置の写りこみが発生しやすくなる。さらに、読取光学系の読取範囲が読取深度方向に深くなるほど、写りこみの傾向はさらに強まる。そのため、上記のような光軸が傾いた光学系では、光軸が傾いていない光学系と比較して、写りこみが発生する光路範囲が拡大する。よって、特許文献１のような照明装置を、光軸が傾いた光学系に使用すると、光源からの光の大半を遮断しなければならなくなるので、読取位置に十分な照明をすることができず、読取画像が暗くなってしまう問題がある。

本発明の目的は、光軸が傾斜した読取光学系を用いた場合でも照明装置の写りこみを確実に防止できる画像読取装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像読取装置は、
原稿を支持する透明板と、
前記透明板を介して前記原稿と逆側に設置され、前記原稿を照明する主走査方向に延在する照明装置と、
前記透明板を介して前記原稿と逆側に設置され、前記原稿からの反射光を結像する読取光学系と、
前記読取光学系で結像された前記反射光を電気信号に変換する主走査方向に延在するラインセンサとを備え、
前記読取光学系の光軸が、前記透明板の法線方向に対して斜めに設定され、
前記透明板表面の前記原稿が前記読取光学系により前記ラインセンサ上に結像される前記原稿上の領域を読取中心軸としたとき、読取中心軸上の１点を点Ｐ、
前記主走査方向をｘ方向、
副走査方向をｙ方向、
前記ｘ方向および前記ｙ方向に垂直な方向をｚ方向、
前記読取光学系の光軸の前記透明板に対する傾斜角をθ、
前記透明板表面から前記照明装置の前記発光面までの前記ｚ方向距離をｈ _２、
前記原稿が前記透明板から前記ｚ方向に離れたときに前記読取光学系が前記ラインセンサ上に結像できる読取深度をΔｈ、
前記点Ｐを通って前記ｚ方向に延びる読取中心軸から前記照明装置の発光面までの前記ｙ方向距離をＬ _ｅ、
前記ｘ方向に垂直な断面にて前記ラインセンサ上から逆行する光を仮定したとき、前記読取光学系を透過し、前記透明板上に設置された前記原稿上の前記点Ｐで正反射された光が前記照明装置の前記発光面と交わり前記透明板と平行な線と交わった点から前記読取中心軸までのｙ方向距離をＬ _１、
前記ｘ方向に垂直な断面にて前記ラインセンサ上から逆行する光を仮定したとき、前記読取光学系を透過し、前記透明板上から前記読取深度Δｈだけ前記読取光学系から前記ｚ方向に離れた位置に設置された前記原稿上で正反射された光が前記照明装置の前記発光面と交わり前記透明板と平行な線と交わった点から前記読取中心軸までのｙ方向距離をＬ _２としたときに、
前記照明装置は、次の条件で定義される範囲外に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、読取光学系の光軸が透明板の法線方向に対して傾斜していても、透明板や原稿で正反射した照明光が読取光学系に直接入射しなくなるため、照明装置の写りこみを確実に防止できる。

以下、本発明の実施形態について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る画像読取装置の一例を示す構成図である。画像読取装置は、原稿を支持するカバーガラス７と、カバーガラス７を介して原稿を照明する照明装置１０と、カバーガラス７を介して原稿からの光を、ＣＣＤ等のラインセンサ４０に結像する読取光学系３０などで構成される。照明装置１０は、カバーガラス７を介して原稿と逆側に設置される。

ここで、理解容易のため、ラインセンサ４０の電気的走査により原稿を走査する主走査方向をｘとし、原稿が移動する副走査方向をｙとし、ｘ方向およびｙ方向に垂直な方向をｚとする。

原稿の副走査は、回転ドラムやローラなどの搬送機構（不図示）を用いて原稿がｙ方向に移動してもよく、あるいは原稿がカバーガラス７上に静止したた状態で、照明装置１０および読取光学系３０がｙ方向に移動してもよい。

カバーガラス７は、平坦な透明ガラス板で構成されており、原稿が配置される空間と照明装置１０および読取光学系３０が配置される空間とを分離して、光透過のみを許容しつつ、塵埃の侵入を防止するために設けられる。

読取光学系３０は、図２に示すように、原稿からラインセンサ４０へ向かう光路に沿って順次配置された平面ミラー３１、結像レンズ３２、迷光を除去するアパーチャ３３、平面ミラー３４，３５を備える。代替として、折り返しミラーを含まない読取光学系（例えば、特許文献２）のような構成を採用しても構わない。本実施形態では、読取光学系３０の光軸をカバーガラス７の法線方向に対して斜めに設定している。

照明装置１０は、カバーガラス７と読取光学系３０との間に設置され、カバーガラス７を介して原稿に光を照射し、原稿の表面にｘ方向に沿った線状照明を行う。

図３は、照明装置１０の一例を示す斜視図である。照明装置１０は、原稿の主走査方向、即ち、ｘ方向に延びる柱状透明部材からなる導光体１４を含む。導光体１４は、例えば、矩形断面を持つ角柱の角を斜めにカットして発光面５を付与した形状を有する。導光体１４の各底面には、ＬＥＤ（発光ダイオード）などのサイドライト１５を設置する。導光体１４の各側面のうち発光面５と対向する側面には、拡散印刷を施したり、拡散板１６を設置することが好ましい。

こうした構成により、サイドライト１５からの光は、導光体１４の内部反射によって充分に混合されて発光面５から射出されるようになる。その結果、ｘ方向およびｙ方向に均一な照度分布を有する線状光源を実現できる。

図４は、照明装置１０の他の例を示す斜視図である。照明装置１０は、ｘ方向に延びる柱状透明部材からなる導光体１４を含む。導光体１４は、例えば、矩形断面を持つ角柱の角を斜めにカットして発光面５を付与した形状を有する。導光体１４の各側面のうち発光面５と対向する側面には、複数のＬＥＤチップからなるＬＥＤアレイ１７をｘ方向に沿って設置する。

こうした構成により、ＬＥＤアレイ１７からの光は、導光体１４の内部反射によって充分に混合されて発光面５から射出されるようになる。その結果、ｘ方向およびｙ方向に均一な照度分布を有する線状光源を実現できる。

本実施形態では、カバーガラス７の表面から読取光学系３０の読取深度の最深位置までの範囲に、仮想的な鏡を置いたと仮定したときに、その鏡の反射による発光面５の像がラインセンサ４０上に結像されないように、照明装置１０の位置を決定している。

図５は、原稿面をミラーと仮定した場合の読取光学系の読取範囲を示す説明図である。読取光学系３０の光軸が透明板の法線方向に対して角度θだけ傾斜している場合、原稿から反射した光が読取光学系３０を透過してラインセンサ４０に結像されるカバーガラス上の原稿の領域を中心線８とすると、主走査方向に延在する中心線８の1点を点Ｐとし、点Ｐを通ってｚ方向に延びる読取中心軸から照明装置の発光面５までのｙ方向距離をＬ_ｅとして、次の式（１）で定義される範囲外に照明装置１０の発光面５を設置している。

ただし、θは読取光学系の光軸の傾斜角、ｈ_２はカバーガラス表面から照明装置１０の発光面５までのｚ方向距離である。また図５において、Ｌは読取光学系の読取範囲中心からのｙ方向距離、ｈ_１は読取光学系の読取深度の最浅値、Δｈは読取光学系の読取深度の最深値であり、符号４ａは読取光学系３０の読取深度に対応する位置、符号４ｂはカバーガラス７の表面に対応する位置である。

図１では、読取光学系３０の読取範囲２の範囲外に照明装置１０を設置した例を示している。照明装置１０の発光面５から射出された照明光は、原稿を照明する。原稿表面で散乱された光は、読取光学系３０に入射し、読取光学系３０によりラインセンサ４０に結像され、原稿表面の画像や文字情報が読み取られる。原稿は、カバーガラス７の表面位置４ｂに置かれるが、ブック原稿の綴じ目などカバーガラス７に密着できない原稿でも、焦点ぼけなく原稿が読めるように、読取光学系３０は読取深度の深い光学系である。その焦点ぼけがなく読める焦点方向の範囲がΔｈであり、その読取深度の最深範囲に置かれた原稿の位置が符号４ａに対応している。

照明によって原稿面で反射される光には、２つの成分があり、散乱反射成分と正反射成分である。正反射成分は、光沢のある原稿、とくに光沢仕上げの写真原稿で発生しやすい。正反射成分は、写真原稿の色のついた画像情報の層からではなく、その上のコーティングから主に発生するため、正反射成分が入り込むと画像情報を劣化させる。そのため、照明の正反射成分が入り込まないように、換言すると、照明に用いる光源の像が原稿面での正反射によって読取光学系３０を通じてラインセンサ４０上に結像されないようにする必要がある。

図１の光路Ａ１は、ラインセンサ４０から読取光学系３０の光軸Ａ０に沿って逆行する光を仮定すると、その光がカバーガラス７の上面で正反射する光路である。カバーガラス上面でのＡ０の交点は点Ｐである。そして、図１の破線のように、照明装置１０の発光面５を通って水平に補助線を引く。補助線と光路Ａ１との交点を点２ｂとする。光軸Ａ０が角度θだけ傾いているため、点２ｂの位置は光軸Ａ０上にはなく、傾きθが大きければ大きいほど、点Ｐから−ｙ方向に遠い位置になる。

このとき、光路Ａ１上に照明装置１０の発光面５が存在していると、照明装置１０から射出された光がカバーガラス７の上面、またはカバーガラス７に密着して設置された原稿の表面で正反射し、読取光学系３０に入射し、ラインセンサ４０上に結像してしまう光路が存在し得る。このような光路が存在すると、読み取り画像に発光面５の像が写りこんでしまう可能性がある。

そこで、この光路Ａ１が照明装置１０の発光面５と交差しないように、照明装置１０の位置を設定することにより、カバーガラス７の上面、またはカバーガラス７に密着して設置された原稿４の表面から正反射してくる光がラインセンサ４０上に結像されるのを防止できる。その結果、読み取り画像に発光面５の写りこみがなく、高コントラストな画像が得られる。

次に、画像読取装置の深度方向ｚの読取範囲の影響が無視できない場合を考える。読み取り範囲Δｈが十分小さい場合には、以上のことを考慮して照明装置３の配置を考えれば良いが、Δｈが大きい、すなわち読取深度の深い光学系の場合にはこれだけでは不十分である。その場合について以下に述べる。

原稿が、読取光学系３０の読取深度の最深位置４ａにある場合を考える。光軸Ａ０と４ａとの交点を点Ｑとする。点４ａの位置にカバーガラス７と平行に鏡を置いたと仮定して、同様に、ラインセンサ４０から結像光学系３０の光軸に沿って逆行する光を仮定すると、今度は、点Ｑを通る光路Ａ２を進行する。そして、補助線と光路Ａ２との交点を２ａとする。

この点２ａも点２ｂ同様に、光軸の傾きθが大きいほど、点Ｑから−ｙ方向に遠ざかる。さらに、読取光学系３０の読取深度が大きいほど、点Ｑから遠ざかる。そのため、読取深度が深い読取光学系３０を使い、かつ読取光学系３０の光軸を傾けるほど、点２ａは点Ｑから−ｙ方向に離れていく。

そのため、光路Ａ１の場合と同じように、光路Ａ２が照明装置１０の発光面５と交差してしまうと、読み取り画像に発光面５が写りこみ、画像のコントラストを低下させる。この場合も、光路Ａ２が照明装置１０の発光面５と交差しないように、発光面５を点２ａよりも−ｙ方向に配置することによって、発光面５の写りこみを防止できる。

以上のことから、上記式（１）で定義したように、点２ａと点２ｂで規定される範囲の外側に発光面５が位置するように、照明装置１０を配置することが望ましいことが判る。こうした配置により、原稿が読取光学系３０の読取深度内に位置していれば、例えば、ブック原稿の綴じ目や原稿表面に凹凸が存在している場合であっても、原稿表面やカバーガラス表面での正反射に起因した発光面５の写りこみを防止できる。

即ち、読取光学系３０の光軸Ａ０に沿って光が逆行すると仮定すると、位置４ｂにミラーがあった場合、その光の到達地点は２ｂとなる。また、読取光学系３０の読取深度Δｈの位置４ａにミラーがあった場合、光の到達地点は２ａとなる。点２ａと点２ｂの間に光源が存在しなければ、照明装置１０から射出された光が原稿で正反射し、読取光学系３０を通ってラインセンサ４０に集光されるような光路は存在しない。そのため、読取光学系３０の読取範囲２の中に発光面５が存在しなければ、読み取り画像に発光面５が写りこむことはない。

図６は、図１に示した画像読取装置を示す斜視図である。本発明に係る画像読取装置は、特許文献１のように正反射光を遮断する遮光部材が不要であり、照明装置１０からの照明光の大部分を原稿４の読取位置に照射できるため、特許文献１よりもより明るい照明装置を有した画像読取装置を実現できる。

なお、照明光の照度は遠くなるほど低下するため、照明装置１０が原稿上の読取位置の中心線８から遠く離れてしまうと、読取位置での照度が低下してしまう。

その対策として、一対の照明装置１０を中心線８の両側にそれぞれ配置することによって、読取中心軸に関して左右両方向からの照明が可能になるため、読取位置での照度低下を防止できる。

このとき、図７に示すように、照明光を反射する反射ミラー５０を読取位置の中心線８を挟んで照明光源の反対側に設置した場合（例えば、特許文献１）、一対の照明光源を中心線８の両側に設置することが困難になる。なお、符号５１は遮光板である。

図８は、図７に示す構成を中心線８に関して千鳥状に配置した画像読取装置の例を示す斜視図である。ここでは、理解容易のため遮光板５１の図示を省略している。中心線８の右側には、照明装置１０Ａおよび読取光学系３０Ａを含むＡ系列の画像読取ユニットが配置され、中心線８の左側には、照明装置１０Ｂおよび読取光学系３０Ｂを含むＢ系列の画像読取ユニットが配置されている。従って、照明光軸の傾きおよび読取光軸の傾きは、中心線８に関してＡ系列とＢ系列について逆になる。

そのため、原稿４の表面での照度分布は、Ａ系列では図９（ｂ）に示す分布となり、とＢ系列では図９（ｃ）に示す分布となり、両者は中心線８に関して鏡像反転の関係になる。その結果、原稿４の高さが少しでも変化すると、Ａ系列とＢ系列を合成した照度分布が均一でなくなり、図９（ａ）に示すように、主走査方向（ｘ方向）に沿った照度分布も不均一になってしまう。従って、図８のような構成では読取画像に濃度むらが生ずる傾向がある。

読取深度が深い読取光学系の場合であっても、原稿４がカバーガラス７の表面から遠くなるほど、原稿面に到達する照明光の位置は中心線８から遠くなり、Ａ系列とＢ系列の合成照度分布も均一でなくなり、主走査方向に沿った照度分布も不均一になってしまう。

図１０は、本発明に係る画像読取装置の他の例を示す構成図であり、図１１はその概略斜視図である。中心線８の両側には、Ａ系列の読取光学系３０ＡおよびＢ系列の読取光学系３０Ｂが千鳥状に配置され、さらに、図３や図４に示したように、主走査方向に延びる柱状透明部材からなる導光体を含む照明装置１０Ａ，１０Ｂが配置されている。

この場合、読取光軸の傾きは、中心線８に関してＡ系列とＢ系列について逆になるが、照明装置１０Ａ，１０Ｂからの照明光が中心線８の両側から、好ましくは中心線８に関して対称に原稿４を照射することになり、原稿面での主走査方向に沿った照度分布が均一になる。

図１２（ａ）は、原稿面での主走査方向に沿った照度分布の例を示すグラフであり、図１２（ｂ）は、原稿面での副走査方向に沿った照度分布の例を示すグラフである。照明装置１０Ａ，１０Ｂは、主走査方向に延びた導光体を使用しているため、原稿面での主走査方向に沿って均一な照度分布が得られることが判る。

また、図１２（ｂ）に示すように、照明装置１０Ａの照度分布および照明装置１０Ｂの照度分布は、単独では中心線８に関して非対称であるが、両者を合成した照度分布は、中心線８に関して対称になる。その結果、組み立て誤差により原稿４の読取位置に対して照明位置が副走査方向に多少ずれたとしても、読取位置での主走査方向の照度分布が一様で照度のピークがあまり変化しないため、濃度むらの少ない読取画像を得ることができる。

また、中心線８の両側に照明装置１０Ａ，１０Ｂを配置することにより、片側配置と比べて読取位置での照度を約２倍に増加させることができる。

さらに、照明装置１０Ａ，１０Ｂの各発光面は、上記の式（１）で定義される範囲外になるように設置することによって、読み取り画像に発光面の写りこみがなく、高コントラストな画像が得られる。

図１３は、本発明に係る画像読取装置のさらに他の例を示す構成図である。Ａ系列の読取光学系３０ＡおよびＢ系列の読取光学系３０Ｂは、図１１と同様に千鳥状に配置されており、各読取光学系３０Ａ，３０Ｂの光軸は、カバーガラス７の法線方向に対して斜めに設定している。

照明装置１０は、図３や図４に示したように、主走査方向に延びる柱状透明部材からなる導光体を含み、カバーガラス７の法線方向に沿って原稿に向けて照明光を照射している。こうした構成においても、照明装置１０の発光面は、上記の式（１）で定義される範囲外になるように設置することが可能であり、その結果、読み取り画像に発光面の写りこみがなく、高コントラストな画像が得られる。

以上の説明において、読取光学系の読取範囲内に照明装置の発光面が入らなければ、照明装置はどのような形状であってもかまわない。

また、照明装置は、一定の方向に光を照射するものでもよく、読取光学系の読取範囲内に照明装置の発光部が入らなければ、照明装置はどのような角度に光を照射するものでもかまわない。

なお、上述した各種構成は、１つ又は複数を適宜組み合わせることも可能である。

本発明に係る画像読取装置の一例を示す構成図である。読取光学系３０の一例を示す構成図である。照明装置１０の一例を示す斜視図である。照明装置１０の他の例を示す斜視図である。原稿面をミラーと仮定した場合の読取光学系の読取範囲を示す説明図である。図１に示した画像読取装置を示す斜視図である。画像読取ユニットを千鳥状に配置した画像読取装置の例を示す構成図である。画像読取ユニットを千鳥状に配置した画像読取装置の例を示す斜視図である。図９（ａ）は、図８の画像読取装置の主走査方向に沿った照度分布を示すグラフであり、図９（ｂ）と図９（ｃ）は、副走査方向に沿った照度分布を示すグラフである。本発明に係る画像読取装置の他の例を示す構成図である。本発明に係る画像読取装置の他の例を示す概略斜視図である。図１２（ａ）は、原稿面での主走査方向に沿った照度分布の例を示すグラフであり、図１２（ｂ）は、原稿面での副走査方向に沿った照度分布の例を示すグラフである。本発明に係る画像読取装置のさらに他の例を示す構成図である。

５発光面、７カバーガラス、８中心線、
１０，１０Ａ，１０Ｂ照明装置、１４導光体、１５サイドライト、
１６拡散板、１７ＬＥＤアレイ、３０，３０Ａ，３０Ｂ読取光学系、
３１平面ミラー、３２結像レンズ、３３アパーチャ、
３４，３５平面ミラー、４０ラインセンサ。

Claims

原稿を支持する透明板と、
前記透明板を介して前記原稿と逆側に設置され、前記原稿を照明する主走査方向に延在する照明装置と、
前記透明板を介して前記原稿と逆側に設置され、前記原稿からの反射光を結像する読取光学系と、
前記読取光学系で結像された前記反射光を電気信号に変換する主走査方向に延在するラインセンサとを備え、
前記読取光学系の光軸が、前記透明板の法線方向に対して斜めに設定され、
前記透明板表面の前記原稿が前記読取光学系により前記ラインセンサ上に結像される前記原稿上の領域を読取中心軸としたとき、読取中心軸上の１点を点Ｐ、
前記主走査方向をｘ方向、
副走査方向をｙ方向、
前記ｘ方向および前記ｙ方向に垂直な方向をｚ方向、
前記読取光学系の光軸の前記透明板に対する傾斜角をθ、
前記透明板表面から前記照明装置の前記発光面までの前記ｚ方向距離をｈ _２、
前記原稿が前記透明板から前記ｚ方向に離れたときに前記読取光学系が前記ラインセンサ上に結像できる読取深度をΔｈ、
前記点Ｐを通って前記ｚ方向に延びる読取中心軸から前記照明装置の発光面までの前記ｙ方向距離をＬ _ｅ、
前記ｘ方向に垂直な断面にて前記ラインセンサ上から逆行する光を仮定したとき、前記読取光学系を透過し、前記透明板上に設置された前記原稿上の前記点Ｐで正反射された光が前記照明装置の前記発光面と交わり前記透明板と平行な線と交わった点から前記読取中心軸までのｙ方向距離をＬ _１、
前記ｘ方向に垂直な断面にて前記ラインセンサ上から逆行する光を仮定したとき、前記読取光学系を透過し、前記透明板上から前記読取深度Δｈだけ前記読取光学系から前記ｚ方向に離れた位置に設置された前記原稿上で正反射された光が前記照明装置の前記発光面と交わり前記透明板と平行な線と交わった点から前記読取中心軸までのｙ方向距離をＬ _２としたときに、
前記照明装置は、次の条件で定義される範囲外に配置されていることを特徴とする画像読取装置。
前記照明装置は、前記原稿の前記主走査方向に延びる柱状透明部材からなる導光体を含むことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
前記導光体は、前記透明板表面での前記原稿の主走査位置点Ｐを通って前記透明板の法線方向に延びる前記読取中心軸に関して前記副走査方向に並べて両側に配置されていることを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。
複数の前記読取光学系が、前記読取中心軸の前記副走査方向に関して両側に千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像読取装置。