JP5118083B2 - 書籍コピー機のためのデュアルミラー照明システム - Google Patents

Description

本開示は、プラテンによって支持される書籍のような物品をスキャンするためのスキャナに関している。このスキャナは、例えばスキャナ、コピー機、ファクシミリ、又は多機能装置のような画像処理装置にて使用される。

図１に示されるＣＣＤスキャナのようなスキャナ１００は、典型的には、ランプ１０７及びリフレクタ１０８、フルレートキャリッジ１０３、ならびにレンズ１０５を介してセンサ１０６の上に反射するミラーを有するハーフレートキャリッジ１０４を含む。スキャンの間、フルレートキャリッジ１０３及びハーフレートキャリッジ１０４は、文書に沿って移動して、文書からの画像情報をピックアップする。照明器１０７からの光は、プラテン１０２の上のイメージング点１１２に焦点を合わせられて、プラテン１０２上に置かれた物品から、イメージングミラー１０９〜１１１を介してセンサ１０６上に反射される。スキャナ１００は一般的に、図１の平面Ａ−Ａで示されるようなイメージング限界を有しており、スキャナアセンブリのまさに端まではスキャン又はイメージングしない。イメージング限界Ａ−Ａが形成されるのは、フルレートキャリッジ１０３及びハーフレートキャリッジ１０４を原本の最左端が適切に見られて且つ感光性表面の上にイメージングされるように配置することが難しいからである。

特別の書籍スキャナが書籍をスキャンするために設計されており、その一例が２００で示されている。書籍を完全に開き且つ本の背を破損することなく書籍２００の背の中までスキャンするために、書籍スキャナ２００は一般的に、ページがプラテン２０２の上で比較的平坦にスキャンされるように書籍を開くことができるように、プラテン２０２を上昇させて（または高くして）且つ傾斜部２５１を設けている点で、スキャナ１００からは異なっている。この構成は、本の背に近いページ範囲のより良いイメージングを提供する。図２に示されるようにプラテン２０２が上昇すると、２つの光学的な変更が行われて、ランプ２０７から発せられた光ビームを、上昇した（または高くなった）プラテン２０２の上の新しいイメージング点２１２に向ける。第１の光学的変化は、センサ２０６、レンズ２０５、及びミラー２０９〜２１１の構成を改変することによる焦点の変更である。ランプ２０７、リフレクタ２０８、及びミラー２０９は、フルレートキャリッジ２１５の上を一緒に動くように構成されている。書籍コピー機２００のミラー２１０及び２１１は、図１のスキャナと同様に、ハーフレートキャリッジ２１３の上に設けられている。第２の光学的変更は、照明構成要素をプラテンの新しい高さまで上昇させることである。典型的には、これらの光学的な変更は、ランプ２０７及び関連するリフレクタ２０８を、上昇したプラテン２０２の近くまで上方に動かすことによって行われる。また、書籍コピー機２００は、ランプ２０７及び関連するリフレクタ２０８を上昇したプラテン２０２の近くまで上げるために、追加のハードウエアを必要とする。

米国特許第６９７５９４９号明細書 米国特許第７１１３３１４号明細書 米国特許出願公開第２００７／０１３４０３７号明細書

本開示は、ランプ及びリフレクタアセンブリの再配置の必要なしに、現存する画像処理装置の容易な適合又は改変を可能にする単純な設計を有するスキャナを提供する。

ある実施形態では、スキャナが提供される。このスキャナは、第１の平面に沿って位置してスキャンされるべき物品を支持するように構成されたプラテンと、前記プラテンの下方に、前記第１の平面に平行な第２の平面に沿って位置した、光ビームを発するように構成された一つ又はそれ以上の照明器と、前記プラテンと前記一つ又はそれ以上の照明器との間に且つ前記第１及び第２の平面の間に位置した一つ又はそれ以上のミラーであって、前記ミラーの各々が前記照明器によって発せられた光ビームを前記プラテン上の前記物品にイメージング点で向けるように構成されたミラーと、前記イメージング点で前記物品からセンサ光路に沿って反射された光を検出するように構成された一つ又はそれ以上のセンサと、スキャン方向における前記プラテンと前記一つ又はそれ以上の照明器及び前記一つ又はそれ以上のミラーとの間の前記第１及び第２の平面に平行な相対運動に作用するように構成されたキャリッジ機構と、を含む。

他の実施形態では、第１の平面に沿って位置されたプラテンの上に支持された物品をスキャンする方法が提供される。この方法は、前記プラテンの下方に、前記第１の平面に平行な第２の平面に沿って、光ビームを発するように構成された一つ又はそれ以上の照明器を配置するステップと、前記プラテンと前記一つ又はそれ以上の照明器との間に且つ前記第１及び第２の平面の間に一つ又はそれ以上のミラーを配置するステップであって、前記ミラーの各々が前記照明器によって発せられた光ビームを前記プラテン上の前記物品にイメージング点で向けるように構成されたステップと、前記イメージング点から（または前記イメージング点で前記物品から）センサ光路に沿って反射された光を検出するように、一つ又はそれ以上のセンサを構成するステップと、スキャン方向における(i)前記プラテンと(ii)前記一つ又はそれ以上の照明器及び前記一つ又はそれ以上のミラーとの間の前記第１及び第２の平面に平行な相対運動に作用するようにキャリッジ機構を構成するステップと、を包含する。

画像処理装置の画像読み取り装置で使用されている従来技術のスキャナの模式的な描写を示す図である。 プラテンとランプ及びリフレクタアセンブリとを有する、画像読み取り装置で使用されている従来技術のスキャナの上昇した構成における模式的な描写を示す図である。 プラテンとランプ及びリフレクタアセンブリとの間に位置する一つ又はそれ以上のミラーを有する、画像読み取り装置で使用されているスキャナの模式的な描写を示す図である。 ミラーの使用が、上昇したプラテンの上の新しいイメージング点にどのようにして光ビームを集中させるかを描いたグラフを示す図である。 スキャナシステム、上昇したプラテンスキャナ、再配置されたランプ及びミラーアセンブリスキャナ、ならびにデュアルミラー照明スキャナから測定された照明プロファイルを示す図である。 デュアルミラー光学アセンブリを有するスキャナを描いた描写図である。 デュアルミラー光学アセンブリを描いた描写図である。

様々な実施形態が、例示としてのみ、添付の模式的な図面を参照して開示されており、これらの図面では、対応する参照記号は対応する部分を示している。

図３はスキャナ１０の例示的な実施形態を示しており、これは、プラテン１２、一つ又はそれ以上の照明器１３１、キャリッジ機構１３、一つ又はそれ以上のミラー１５、及び一つ又はそれ以上のセンサ１７を含む。ある実施形態では、スキャナ１０は、例えばコピー機、ファクシミリ、又は多機能装置のような画像処理装置の任意の画像読み取り装置にて使用される。ある実施形態では、スキャナ１０はハウジング１１を含み、これは、一つ又はそれ以上の照明器１３１、リフレクタ１３２、一つ又はそれ以上のセンサ１７、一つ又はそれ以上のミラー１３３、１４１及び１４２、ならびに一つ又はそれ以上のレンズ１６を取り囲んでいる。

プラテン１２は（Ｂ−Ｂとマークされた）第１の平面に位置し、スキャンされるべき物品を支持するように構成されている。ある実施形態では、プラテン１２は透明なガラスで形成されている。ある実施形態では、プラテン１２の上に搭載されるスキャン対象の物品は、シートタイプの文書又は書籍を含み得る。

照明器１３１は、プラテン１２の下方に、第１の平面に平行な（Ｃ−Ｃとマークされた）第２の平面に沿って位置している。単一の照明器１３１があっても複数の照明器１３１があってもよく、各々は光ビームを発するように構成されている。ある実施形態では、長手方向を高速スキャン方向（描画シートに直交する方向）に有する蛍光ランプが、照明器１３１として使用される。他の実施形態では、照明器（単数又は複数）１３１は、リニアＬＥＤアレイ、リフレクタを有するランプ、又はコリメート光源であり得る。

ミラー１５が、第１及び第２の平面Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃの間の領域で、プラテン１２と照明器１３１との間に位置している。一つのミラー１５だけがあっても、一つより多くのミラーがあっても良く、描かれた実施形態は２つ有している。ミラー１５は、照明器１３１によって発せられた光ビームを、上昇した（または高くなった）プラテン１２のイメージング点１３４に向けるように構成されている。ある実施形態では、ミラー１５は、照明器１３１から直接受け取られた光及びリフレクタ１３２から反射された光を含む光ビームを、プラテン１２のイメージング点１３４に向けるように構成されている。ある実施形態では、ミラー１５は、照明をより高いプラテンイメージング点に向ける一対の湾曲（又はパラボラ）ミラーを含み得る。代替的な実施形態では、一対の平面ミラーが一対の湾曲ミラーの代わりに使用されて、照明をより高いプラテンイメージング点に向ける。湾曲ミラーは光ビームをプラテン１２のイメージング点１３４にさらに集中させるが、要求される光量に応じて、照明をより高いプラテンイメージング点に向けるために平面ミラーで十分であり得る。ミラー１５は、キャリッジ機構１３に取り付けられて且つキャリッジ機構１３と共に移動するように構成されている。ある実施形態では、ミラー１５はキャリッジ機構１３に固定されて、単一の構成要素としてキャリッジ機構１３と共に動く。ある実施形態では、ミラー１５は、ねじを使用してキャリッジ機構１３に取り付けられている。しかし、この実施形態が、提供されることができる異なる取り付け手段の一例であることが、理解されるべきである。一つ又はそれ以上のミラー１５の正確な位置決め、サイズ、及び角度は、個々のイメージング配置に依存する。

キャリッジ機構１３は、プラテン１２と照明器１３１及びミラー１５との間の第１及び第２の平面に平行な相対運動に作用するように構成されている。プラテン１２の下方に配置されたキャリッジ機構１３は、照明器１３１、リフレクタ１３２、ミラー１５、及び第１のイメージングミラー１３３を含む。ある実施形態では、キャリッジ機構１３はフルレートキャリッジであって、プラテン１２の全長に沿って移動する。

リフレクタ１３２が、第２の平面に沿って一つ又はそれ以上の照明器１３１から離れて配置されている。リフレクタ１３２は、一つ又はそれ以上の照明器１３１から発せられた光の一部を反射するように構成されている。ある実施形態では、一つ又はそれ以上のミラー１５は一対のミラーを含み、対の一方１５Ａが一つ又はそれ以上の照明器１３１から光を直接受けるように構成され、対の他方１５Ｂが、リフレクタ１３２で反射された一つ又はそれ以上の照明器１３１からの光を受けるように構成されている。

ある実施形態では、第１のイメージングミラー１３３が、第１の平面又は第２の平面に対して角度４５度で位置するように構成されている。第１のイメージングミラー１３３は、イメージング点１３４で物品から反射された光の光路を、第１の平面に平行な方向又は第２の平面に平行な方向に変えるように構成されている。

一つ又はそれ以上のセンサ１７は、固体画像センサ、ＣＭＯＳセンサ、又はＣＣＤセンサであり得る。

ある実施形態では、画像読み取り装置がモノクロ画像をサポートするならば、一つのラインセンサが半導体ボード（図示せず）の上に形成される。画像読み取り装置がカラー画像をサポートするならば、３つの色、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、及びＢ（青）に対応する３つのラインセンサが、３つの光成分を検出することができるように所定の間隔で半導体ボードの上に形成される。画像読み取り装置がモノクロ及びカラー画像をサポートするならば、モノクロ画像用の一つのラインセンサ、ならびにＲ、Ｇ、及びＢカラーのための３つのラインセンサが、所定の間隔で半導体ボードの上に形成される。

先に述べたように、スキャナ１０は第２のキャリッジ機構１４を含む。第２のキャリッジ機構１４は、実質的に直角を形成するように配置された第２及び第３のイメージングミラー１４１及び１４２を含む。ある実施形態では、第２のキャリッジ機構１４はハーフレートキャリッジ機構であって、プラテン１２の長さの半分を移動するように構成されている。第２及び第3のイメージングミラー１４１及び１４２は、第１のイメージングミラー１３３から反射された光の光路を、一度に９０度だけ続けて変える。第２のイメージングミラー１４１は、第１のイメージングミラー１３３から反射された光の光路を、第１の平面又は第２の平面に垂直な方向に変える。第３のイメージングミラー１４２は、第２のイメージングミラー１４１から反射された光の光路を、第１の平面又は第２の平面に平行な方向に変える。

例えばステッピングモータ（図面には描かれていない）によって、直接的に、あるいはワイヤ／プーリ又はギアシステムを介して駆動されるキャリッジ機構１３及び第２のキャリッジ機構１４は、矢印Ｘによって示される低速スキャン方向に及びそれとは反対の方向に、互いに関連して反復的に移動するように構成されている。上述のように、ある実施形態では、キャリッジ機構１３及び第２のキャリッジ機構１４は、第１の平面及び第２の平面に実質的に平行な方向に動くように構成されている。

プラテン１２の上に位置するイメージング点１３４からセンサ１７までの光路長は、好ましくは、キャリッジ機構１３及び第２のキャリッジ機構１４が動いても一定に保たれる。キャリッジ機構１３は、プラテン１２の全長に渡って動くように構成され、第２のキャリッジ機構１４は、プラテン１２の長さの半分を動くように構成される。したがって、第２のキャリッジ機構１４又はハーフレートキャリッジ１４は、一般的にキャリッジ機構又はフルレートキャリッジ１３の移動距離の半分だけ移動可能である。他のタイプのキャリッジ機構が、使用され得る。

スキャナ１０は、センサ１７を駆動するためのドライバのような駆動制御部を含む読み取り信号処理部（図示せず）を含み得る。センサ１７から出力されたアナログビデオ信号は、読み取り信号処理部で所定の信号処理を受けた後、画像処理部（図示せず）に送られる。画像処理部は、照明器及びセンサの角度依存性を考慮して構成され得る。

文書又は書籍の画像を読み取るとき、文書又は画像は、手作業でプラテン１２の上に配置され、プラテン１２上の任意の位置に固定されて、キャリッジ機構１３、一つ又はそれ以上のミラー１５、ならびに第２のキャリッジ機構１４が、一定速度でのスキャンのために移動して、文書画像を読み取る。

具体的には、照明器１３１からの光ビームが一つ又はそれ以上のミラー１５を介して向けられて、プラテン１２を通して文書表面に当てられる。プラテン１２の上のイメージング点１３４から反射された光ビームは、キャリッジ機構１３及び第２のキャリッジ機構１４を通過した後、一つ又はそれ以上のレンズ１６によってセンサ１７のイメージング面に集められる。一つ又はそれ以上のセンサ１７は、画素ベースで入射光に対する光電変換を実行して、画素数によって決められた所定の解像度で文書画像を読み取り、アナログ画像信号を出力する。画像読み取り装置がカラー画像をサポートしていれば、Ｒ、Ｇ、及びＢカラー成分のアナログ画像信号がセンサ１７から出力される。

文書又は書籍の画像を読み取るとき、一つ又はそれ以上のミラー１５を介して向けられた照明器１３１からの照射光が文書の全面に当たって、一つ又はそれ以上のセンサ１７が一つ又はそれ以上のレンズ１６を含む読み出し光学システムを介して全入力画像を読み取るように、光照明器１３１を含むキャリッジ機構１３、第２のキャリッジ機構１４、あるいは一つ又はそれ以上のレンズ１６、ならびにセンサ１７は、その方向（低速スキャン方向）に一定速度で動く。

図２の従来技術のアプローチに示されているように、ランプ２０７及びリフレクタ２０８のアセンブリを動かして上昇プラテン位置に適応する代わりに、本開示は、上昇したプラテンの使用を許容するアドオン（追加）光学アセンブリで補われている、図１の従来技術のシステムと同じイメージング要素を使用する。上述のように、アドオンアセンブリは、通常のプラテン位置から上昇プラテン位置へ照明を向ける一対のミラー１５を含んでいる。したがって、本開示は、書籍スキャナとして上昇されたプラテンと共に使用するための、（たとえば、スキャナ、コピー機、ファクシミリ、又は多機能装置のような）現存する画像処理装置の容易な適合又は改変を可能にする単純な設計を有するスキャナ１０を提供する。加えて、製造及び組み立ての観点から、図１及び図３のシステムは、より多くの共通の構成要素を有し、適合はそれほど必要とせず、これより全効率の増加を可能にする。

本開示のデュアルミラー照明スキャナは、改良された移動長、改良された照明深さ(depth of illumination)、及び不要な様々な反射光による迷光の低減のような、他の付加的な効果を提供する。

デュアルミラー照明スキャナ１０はさらに、一つ又は複数のミラー１５を使用してイメージング平面に照明を集中し、これより、図２に示される上昇したランプ及びリフレクタアセンブリに比較して、照明深さの改善をもたらす。

デュアルミラー照明スキャナ１０はまた、ページ又は書籍の撮像されない部分を迷光からシールドする。具体的には、ミラー１５の対が光学シールドとして作用して、照明システムからの光のうち、積極的にスキャンされていない画像領域に到達する外側の光を低減する。したがって、デュアルミラー照明システムのイメージングシステムは、イメージングされていない文書からの不要な様々な反射光による影響が少なく、画像の忠実度をさらに改良する。画像の質は、Ｓ／Ｎ比を使用して測定される。

図４は、プラテン１２の上のイメージング点１３４に光ビームを集中させるための、湾曲ミラーの使用を描くグラフである。グラフは、水平方向のｘ軸上で１/１0ミリメータ単位で距離を描いている。垂直方向のｙ軸上では、グラフは１/１0ミリメータ単位で距離を描いている。一つ又はそれ以上のミラー１５は、主ミラー１５Ａ及び副ミラー１５Ｂを含む。主ミラー１５Ａが照明器１３１から発せられた光ビームを受け取るように構成される一方で、副ミラー１５Ｂは、リフレクタ１３２からの反射光ビームを受け取るように構成される。ある実施形態では、主ミラー１５Ａ及び副ミラー１５Ｂは湾曲ミラーである。両方のミラー１５Ａ及び１５Ｂは、光ビームを新しいイメージング点１３４に集中させるように構成されている。グラフに示されたイメージング点１３５は古いイメージング点、すなわちプラテン１２が上昇配置に無いときのイメージング点である。ミラーの正確な位置決め、サイズ、及び角度は、個々のイメージング配置に依存する。この構成は、図面の下方に示されている（図４）。

図５は、（図１に示されたような）スキャナ１００、上昇プラテンスキャナ、（図２に示されたような）再配置されたランプ及びミラーアセンブリ２００、及び（図３に示されたような）デュアルミラー照明スキャナ１０から測定された照明プロファイルを有するグラフである。グラフは、水平ｘ軸上の画素位置を描いている。垂直ｙ軸では、グラフは、デジタル化された照明レベルを１０ビットグレイスケールで描いている。図５から分かるように、プラテンが新しい位置に上昇されると、期待されるように、上昇プラテン位置の照明レベルは、通常のプラテン位置の照明レベルから顕著に低下する。ランプ及びミラーアセンブリがプラテンと共に上昇されると、そのときには、照明レベルは通常のプラテン位置の照明レベルに実質的に戻る。一つ又は複数のミラー１５を有するデュアルミラー照明システムがスキャナ１０で使用されるならば、そのときには、照明レベルは通常のプラテン位置の照明レベルに実質的に戻る（注：デュアルミラー照明スキャナ１０における端部でのわずかな増加したロール・オフは、このグラフをプロットするために使用したミラー１５の長さが必要とされるものよりもわずかに短かったためであるが、それでもなお、このグラフは、向上した性能を描いている）。したがって、このグラフから、アドオンミラー１５を有するデュアルミラー照明スキャナ１０が、照明レベルを通常の値の近傍まで回復することを、明瞭に見ることができる。

スキャナ１０で使用されたデュアルミラー照明システムは、図６に示されている。先に述べたように、一対のミラー１５は主ミラー１５Ａ及び副ミラー１５Ｂを含む。ミラーアセンブリ１５は、ミラーアセンブリ１５をボルト留め、溶接、又は当業者によって理解されるような任意の他の機械的固定方法のような任意の取り付け機構を使用することによってキャリッジ機構１３の頂部に取り付けることによって、スキャナ１０に取り付けられることができる。

図７は、スキャナ１０にて使用される一対のミラー１５の分解図を示す。ミラー１５Ａ及び１５Ｂは、接続部材５０によってお互いに接続されている。ある実施形態では、ミラー１５Ａ、１５Ｂ及び接続部材５０は、一体的に形成される。他の実施形態では、接続部材５０とミラー１５Ａ及び１５Ｂとは、当業者によって理解されるような溶接、接着剤、又は機械式ファスナのような任意の取り付け機構を使用することによって、取り付けられる。図示されている例では、ミラー１５Ａ及び１５Ｂは湾曲ミラーである。

１０ スキャナ、１２ プラテン、１３ キャリッジ機構、１５ ミラー、１６ レンズ、１７ センサ、１３１ 照明器、１３２ リフレクタ、１３３ 第１のイメージングミラー、１３４ イメージング点。

Claims (4)

1. スキャナであって、
   第１の平面に沿って位置してスキャンされるべき物品を支持するように構成されたプラテンと、
   前記プラテンの下方に、前記第１の平面に平行な第２の平面に沿って位置した、光ビームを発するように構成された一つ又はそれ以上の照明器と、
   前記プラテンと前記一つ又はそれ以上の照明器との間に且つ前記第１及び第２の平面の間に位置した一つ又はそれ以上のミラーであって、前記ミラーの各々が前記照明器によって発せられた光ビームを前記プラテン上の前記物品にイメージング点で向けるように構成されたミラーと、
   前記イメージング点で前記物品からセンサ光路に沿って反射された光を検出するように構成された一つ又はそれ以上のセンサと、
   スキャン方向における(i)前記プラテンと(ii)前記一つ又はそれ以上の照明器及び前記一つ又はそれ以上のミラーとの間の前記第１及び第２の平面に平行な相対運動に作用するように構成されたキャリッジ機構と、
   を備える、スキャナ。
2. 請求項１に記載のスキャナであって、
   前記センサ光路に配置されて、前記イメージング点で前記物品から反射された前記光を前記センサに向ける一つ又はそれ以上のレンズをさらに備える、スキャナ。
3. 請求項１に記載のスキャナであって、
   前記第２の平面に沿って前記一つ又はそれ以上の照明器から間隔を空けて配置され且つ前記一つ又はそれ以上の照明器から発せられた前記光ビームの一部を反射するように構成されたリフレクタをさらに備えており、前記一つ又はそれ以上のミラーが一対のミラーを含み、前記対の一方が前記一つ又はそれ以上の照明器から光を直接受けるように構成され、前記対の他方が前記リフレクタで反射された前記一つ又はそれ以上の照明器からの光を受けるように構成されている、スキャナ。
4. 第１の平面に沿って位置されたプラテンの上に支持された物品をスキャンする方法であって、
   前記プラテンの下方に、前記第１の平面に平行な第２の平面に沿って、光ビームを発するように構成された一つ又はそれ以上の照明器を配置するステップと、
   前記プラテンと前記一つ又はそれ以上の照明器との間に且つ前記第１及び第２の平面の間に一つ又はそれ以上のミラーを配置するステップであって、前記ミラーの各々が前記照明器によって発せられた光ビームを前記プラテン上の前記物品にイメージング点で向けるように構成された、ステップと、
   前記イメージング点からセンサ光路に沿って反射された光を検出するように、一つ又はそれ以上のセンサを構成するステップと、
   スキャン方向における(i)前記プラテンと(ii)前記一つ又はそれ以上の照明器及び前記一つ又はそれ以上のミラーとの間の前記第１及び第２の平面に平行な相対運動に作用するようにキャリッジ機構を構成するステップと、
   を包含する、方法。

Images