JP6733360B2 - 画像読取光学系及び画像読取装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像読取光学系及び画像読取装置に関する。
特許文献1には、光源と、結像光学系と、撮像素子部と、メモリと、処理装置とを備え、結像光学系は、それぞれが独立した光学系で原稿側にテレセントリックなセルを主走査方向に複数個配置し副走査方向には2列に配列した画像読取装置において、各セルは、第1反射型集光光学素子、アパーチャ、第2反射型集光光学素子を原稿からこの順に配置し、光路を折り曲げる光学素子として第1反射型集光光学素子及び第2反射型集光光学素子のみを設けた画像読取装置が開示されている。
特開2012−054910号公報
本発明は、折り曲げられている光路上に絞りを配置する場合に、板状部材のみからなる絞りを採用する場合に比べて光路の折り曲げ角度を深くすることが可能となる画像読取光学系、及び画像読取装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の画像読取光学系は、第1の方向に複数の読取素子が並ぶ画像読取部と、光源からの照射光が読取対象で反射された反射光を反射する第1の反射型光学系と、前記第1の反射型光学系で反射された前記反射光を前記画像読取部に集光させる第2の反射型光学系と、前記第1の反射型光学系で反射された前記反射光を前記第1の方向に規制する開口部を有する板状部材であって、前記開口部の前記第1の方向の接線に沿うように前記開口部に対し予め定められた角度で折り曲げられた少なくとも1つの板状片を備えた板状部材を含む絞りと、を含むものである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記絞りは、前記板状片によって前記第1の反射型光学系で反射された前記反射光を前記第1の方向と交差する第2の方向に規制するものである。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記板状片は、前記第1の反射型光学系に入射する第1の折返し光の進行方向と逆方向に折り曲げられ、前記第1の反射型光学系と前記第2の反射型光学系との間の第2の折返し光と前記第1の折返し光との間に配置されるか、又は、前記第2の反射型光学系と前記画像読取部との間の第3の折返し光の進行方向と同方向に折り曲げられ、前記第2の折返し光と前記第3の折返し光との間に配置されているものである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記板状片は、前記第1の折返し光と前記第2の折返し光との間に配置されかつ前記第1の折返し光の光束と平行であるか、又は、前記第2の折返し光と前記第3の折返し光との間に配置されかつ前記第3の折返し光の光束と平行であるものである。
また、請求項5に記載の発明は、請求項3又は請求項4に記載の発明において、前記絞りは、前記第1の折返し光と前記第2の折返し光との間に配置された第1の板状片、及び、前記第2の折返し光と前記第3の折返し光との間に配置された第2の板状片を備えるものである。
また、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の発明において、前記第1の板状片と前記第2の板状片とは互いに異なる平面上に配置されたものである。
上記目的を達成するために、請求項7に記載の画像読取装置は、読取対象に光を照射する光源と、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の画像読取光学系と、を含むものである。
請求項1及び請求項7に記載の発明によれば、折り曲げられている光路上に絞りを配置する場合に、板状部材のみからなる絞りを採用する場合に比べて光路の折り曲げ角度を深くすることが可能となる画像読取光学系、及び画像読取装置が提供される、という効果が得られる。
請求項2に記載の発明によれば、板状片により第2の方向に光を規制しない場合と比較して、光路の折り曲げ角度が深い場合にも絞りの適用が容易になる、という効果が得られる。
請求項3に記載の発明によれば、板状片が、第1の折返し光と第2の折返し光との間、及び、第2の折返し光と第3の折返し光との間のいずれでもない位置に配置された場合と比較して、光路の折り曲げ角度が深い場合にも絞りの適用が容易になる、という効果が得られる。
請求項4に記載の発明によれば、板状片が、第1の折返し光の光束と平行でもなく、第3の折返し光の光束と平行でもない場合と比較して、迷光の遮光壁を兼ねる、という効果が得られる。
請求項5に記載の発明によれば、第1の板状片、及び第2の板状片のいずれか一方のみを備える場合と比較して、迷光の遮光壁としての機能がより確実になる、という効果が得られる。
請求項6に記載の発明によれば、第1の板状片と第2の板状片とが互いに同じ平面上に配置された場合と比較して、焦点深度がより深くなる、という効果が得られる。
実施の形態に係る画像読取装置の構成の一例を示す概略断面図である。 実施の形態に係る画像読取光学系の構成の一例を示す概略断面図である。 実施の形態に係る絞りの形状を説明する図である。 実施の形態に係る画像読取光学系の構成の一例を示す側面図及び平面図である。 実施の形態に係る画像読取光学系の変形例を示す概略断面図である。 比較例に係る画像読取光学系の構成を示す概略断面図である。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の一例について詳細に説明する。
図1を参照して、本実施の形態に係る画像読取装置12について説明する。図1は画像読取装置12の概略構成を示している。画像読取装置12は、例えば画像形成装置に付随して設けられ、原稿等(読取対象)を読み取るために使用される。図1に示すように、画像読取装置12は、自動原稿送り装置50と、原稿の表面に形成された画像を読み取る画像読取処理部52と、を備えて構成されている。
本実施の形態に係る自動原稿送り装置50は、原稿が置かれる原稿台60と、原稿を搬送する原稿搬送路61と、画像を読み取った後の原稿が排出される排出台62と、を含んで構成されている。
原稿搬送路61は、U字状に形成され、原稿搬送路61の周囲には、用紙送出ロール63、送出ロール64、プリ位置合わせロール65、位置合わせロール66、プラテンロール67、アウトロール68、および排出ロール69が設けられている。用紙送出ロール63は、原稿送り時に下降し、原稿台60に置かれた原稿をピックアップする。送出ロール64は、用紙送出ロール63から送られた原稿のうち最上部にある原稿を内部に供給する。プリ位置合わせロール65は、送出ロール64から送られた原稿を一時停止させ、斜行補正する。位置合わせロール66は、プリ位置合わせロール65から送られた原稿を一時停止させ、読み取りタイミングを調整する。プラテンロール67は、原稿搬送路61を通る原稿を後述するプラテンガラス70に対峙させる。アウトロール68および排出ロール69は、読み取った原稿を排出台62へ排出する。
画像読取装置12は、原稿台60から自動原稿送り装置50により送られた原稿の表面を流し読みする機能と、後述するプラテンガラス70上に置かれた原稿の表面を読み取る機能と、を備えている。
画像読取処理部52の筐体75における自動原稿送り装置50に対向する面には、画像を読み取る原稿が置かれ、また、自動原稿送り装置50によって搬送中の原稿を読み取るに際し、原稿に光を照射するための開口部となるプラテンガラス70が設けられている。
また、筐体75内には、原稿の搬送方向(図1のY軸方向)に移動可能とされ、プラテンガラス70の読取位置Mに静止して画像を読み取るか、またはプラテンガラス70の全体にわたって走査(スキャン)しながら画像を読み取る読取ユニット(キャリッジ)76が備えられている。
読取ユニット76は、照明ユニット80(光源)、結像部87、及びセンサ88(画像読取部)を備えている。結像部87、及びセンサ88を含んで、本実施の形態に係る画像読取光学系86が構成されている。
照明ユニット80は、一例として、光源としての白色発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)が複数配列されて構成されている。拡散反射部材82は、照明ユニット80から出射された光を原稿面に向けて拡散させながら反射する部材である。ミラー83、ミラー84、及びミラー85は、原稿面から得られた反射光Lを画像読取光学系86に導く部材である。
結像部87は、原稿面から得られた反射光Lの光束(光学像)を、センサ88での受光に適した形状に整形する機能を有する。結像部87は、原稿面から得られた光学像を光学的に縮小する結像レンズ(図示省略)含む場合もある。結像部87の詳細については後述する。
センサ88は、結像部87から得られた光学像を光電変換して赤(R)、緑(G)、青(B)の各色信号(画像信号)を生成する機能を有している。センサ88は、例えば、R、G、Bの各色用のX軸方向に延伸する1次元ラインセンサが、Z軸方向に3列配置された構成とされており、一例としてCCDイメージセンサが用いられる。換言すると、センサ88は、撮像素子(読取素子)がX軸方向に並んで構成されている。
次に、本実施の形態に係る画像読取装置12において、画像を読み取る手順について説明する。
画像読取装置12において、プラテンガラス70上に置かれた原稿を読み取る場合には、図示しない制御部が、読取ユニット76をスキャン方向(図1矢印C方向)に移動させる。制御部は、また、読取ユニット76の照明ユニット80を発光させ、原稿面に照射する。当該照射により、原稿からの反射光Lがミラー83、ミラー84、及びミラー85を経て画像読取光学系86に導かれる。画像読取光学系86に導かれた光は、センサ88の受光面に結像される。センサ88は、R、G、B各色毎に1ライン分を略同時に読み取る。そして、このライン方向の読み取りを原稿サイズ全体にわたるスキャンによって実行することで、1ページ分の原稿の読み取りを行う。
一方、画像読取装置12において原稿台60に置かれた原稿を読み取る場合には、図示しない制御部が、原稿台60に置かれた原稿を原稿搬送路61に沿ってプラテンガラス70の読取位置Mに搬送させる。このとき、読取ユニット76は、図1に示す実線の位置に停止した状態で位置決めされる。制御部は、また、照明ユニット80を発光させ、原稿面に照射する。これにより、プラテンロール67によりプラテンガラス70に密着された原稿の反射光Lが、ミラー83、ミラー84、及びミラー85を経て画像読取光学系86に導かれる。画像読取光学系86に導かれた光は、センサ88の受光面に結像される。センサ88は、R、G、B各色毎に1ライン分を略同時に読み取る。そして、原稿全体をプラテンガラス70の読取位置Mを通過させることによって、1ページ分の原稿の読み取りを行う。
ところで、原稿面から得られた反射光Lを、センサ88での受光に適した形状に整形するための光学系として、予め定められた方向にパワー(光を曲げる強さ)を有する複数の反射型光学系を組み合わせた画像読取光学系を用いる場合がある。複数の反射型光学系を組み合わせた画像読取光学系では、必然的に折返し光路が発生する。一方、画像読取光学系では、光量を調整するため、MTF(Modulated Transfer Function:光学系の伝達関数)を調整するため、焦点深度を深くするため等の理由から絞りを用いるが、この絞りは、センサの長手方向(撮像素子が並ぶ方向、図1のX軸方向)及び短手方向(撮像素子が並ぶ方向に直交する方向、図1のZ軸方向)の両方向に絞る必要がある。反射型光学系が2つの場合を考えると、この場合の絞りは、通常2つの反射型光学系の間に配置させる。なお、以下では反射型光学系を「結像ミラー」という場合がある。
上記のような画像読取光学系の一例である、比較例に係る画像読取光学系200を図6に示す。図6に示すように、画像読取光学系200は、結像ミラー100、結像ミラー102、絞り104、及びセンサ106を備えている。
ここで、画像読取光学系200を、特に短手方向に縮めて小型化を図ろうとした場合、あるいは精度を向上させようとした場合、つまり、図6における角度θ1、あるいは角度θ2を小さくしようとした場合、絞り104によって、結像ミラー100に入射する光、すなわち、原稿面で得られた反射光Lが短手方向で蹴られてしまう場合がある(図6の点線円参照)。絞り104は、通常、板状の部材に円等の開口部を設けて作製されるので、長手方向にも短手方向にも一定の大きさが必要になるためである。
そこで、本発明では、光束を長手方向に規制する開口部を有する板状部材に、開口部の長手方向の接線の位置において予め定められた角度で折り曲げた板状片を備えさせることとした。また好適には、該板状片及び該板状片の端部(エッジ)により光束を短手方向に規制することとした。このことにより、短手方向の絞りは、板状片の設定角度が自由となるので、画像読取光学系200のような折返し光学系において、板状部材が配置された位置より上流の光、あるいは下流の光と干渉しないように配置される。そのため、画像読取光学系が短手方向に縮められるので、光路の折り曲げ角度を深くすることが可能となる。
なお本明細書において、「光束を長手方向に規制する」とは、長手方向に光束が広がらないようにすることを意味する。
図2ないし図4を参照して、本実施の形態に係る画像読取光学系について説明する。図2は、本実施の形態に係る画像読取光学系86の概略断面図を示している。図2に示すように、画像読取光学系86は、結像部87及びセンサ88を含んで構成されている。また、結像部87は、結像ミラー90、結像ミラー92、及び絞り94を含んで構成されている。
本実施の形態に係る結像ミラー90は、原稿面から得られた反射光Lを集光し、結像ミラー92に向けて反射する反射ミラー(本実施の形態では、凹面鏡)である。また、本実施の形態に係る結像ミラー92は、結像ミラー90で反射された反射光をセンサ88に向けて反射する反射ミラー(本実施の形態では、凹面鏡)である。結像ミラー90と結像ミラー92との間に配置された絞り94は、結像ミラー90で反射された反射光Lの光束を長手方向及び短手方向に規制する。
すなわち、本実施の形態に係る絞り94は、後述する開口部96、及び絞り片94a、94b(板状片)を備えることにより、単一の絞りで反射光Lの光束を長手方向、及び短手方向の両方向に規制している。なお、以下では、反射光Lの光束を長手方向に規制する絞りを「第1の絞り」、短手方向に規制する絞りを「第2の絞り」という場合がある。また、光源から結像ミラー90までの光、結像ミラー90から結像ミラー92までの光、及び結像ミラー92からセンサ88までの光の各々を「折返し光」という場合がある。
図3を参照して、本実施の形態に係る絞り94についてより詳細に説明する。図3(a)は、絞り94を3方向から見た三面図である。図3(a)に示すように、絞り94は、絞り板94cに開口された開口部96を有し、開口部96の端部を通る屈曲線S1、及びS2において互いに反対方向に折り曲げられて形成された絞り片94a、及び絞り片94bを備えている。
図3(b)は、図3(a)の構成を有する絞り94において、反射光Lの光束を長手方向、及び短手方向に規制する位置を説明する図である。図3(b)に示すように、反射光Lの光束の長手方向は、開口部96の端部E1、及び端部E2で規制され、反射光Lの光束の短手方向は、開口部96の端部E3、及び端部E4で規制される。すなわち、本実施の形態に係る絞り94では、開口部96の端部E1、及び端部E2で第1の絞りが形成され、絞り片94a及び絞り片94aの端部E3、並びに絞り片94b及び絞り片94bの端部E4によって第2の絞りが形成されている。
再び図2を参照して、絞り94による短手方向の規制についてより詳細に説明する。図2では、反射光Lの光束のZ軸方向最上端の光線を光線Luと表記し、最下端の光線を光線Ldと表記している。図2に示すように、本実施の形態に係る画像読取光学系86では、絞り片94aは、結像ミラー90に入射する折返し光の光線Ldと略平行に配置され、絞り片94bは、結像ミラー92とセンサ88との間の折返し光の光線Luと略平行に配置されている。
上記のように配置された絞り94は、結像ミラー90と結像ミラー92との間の折返し光の光束を、図3(b)に示す端部E1及びE2によって長手方向に規制し、端部E3及びE4によって短手方向に規制している。短手方向の規制は、図2に示す位置P1において、光線Luから予め定められた範囲の光束(以下、「上側光束」)を規制し、図2に示す位置P2において、光線Ldから予め定められた範囲の光束(以下、「下側光束」)を規制することによって行われている。
図4を参照し、画像読取光学系86について、より詳細に説明する。図4(a)は、図2に示す画像読取光学系86を+Y方向から見た側面図であり、図4(b)は、図2に示す画像読取光学系86を−Z方向から見た平面図である。
図4に示すように、反射光Lは結像ミラー90で反射され、反射された折返し光の光束は絞り94の開口部96における端部E1及びE2で長手方向(X軸方向)に規制される。つまり、端部E1及びE2によって第1の絞りが構成されている。一方、結像ミラー90で反射された折返し光は、絞り94の絞り片94a及び端部E3、並びに絞り片94b及び端部E4によって短手方向(Z軸方向)に規制される。つまり、端部E3及びE4によって第2の絞りが構成されている。
本実施の形態に係る絞り94では、絞り片94aは光線Ldに略平行に配置され、絞り片94bは、光線Luに略平行に配置されているので、図4に示すように、絞り片94aは結像ミラー90に入射する折返し光の光束(以下、「上流光束」)と干渉することはなく、また、絞り片94bは結像ミラー92とセンサ88との間の折返し光の光束(以下、「下流光束」と干渉することがない。
換言すると、短手方向の絞りの端部E3、及びE4は、上流光束、及び下流光束と干渉しないように配置された絞り片94a、94bの端部(エッジ)で形成されている。そして、絞り片94aを、結像ミラー90と結像ミラー92との間の光束(以下、「規制光束」)と、上流光束との間に配置させ、絞り片94bを規制光束と、下流光束との間に配置させる。この際、絞り片94aと94bとは異なる平面上に配置させる。このことにより、端部E3、E4が規制光束に対し垂直に近くなるように配置されるので、焦点深度がより深くなる。
以上の構成を有する絞り94は短手方向に大きく短縮されるので、本実施の形態に係る画像読取光学系86は、比較例に係る画像読取光学系200と比較して短手方向により小型化される。
さらに、絞り片94aがX軸方向に延伸された板状片で構成されていることから、絞り片94aは、上流光束に起因する迷光が、規制光束に入射することを抑制している。すなわち、絞り片94aは、迷光を遮光する遮光壁としての機能を有している。同様に絞り片94bは、下流光束に起因する迷光が、規制光束に入射することを抑制しており、絞り片94bも迷光を遮光する遮光壁との機能を有している。
なお、本実施の形態では、絞り94に両方の絞り片94a及び94bを形成する形態を例示して説明したが、これに限られず、規制対象となる光束の状態等に応じて、絞り片94a及び94bのいずれか一方を形成する形態としてもよい。
また、本実施の形態では、開口部96の端部に一致する屈曲線S1、S2で板状部材を折り、絞り片94a及び94bを形成する形態を例示したが、これに限られず、開口部96のさらに内側に位置する屈曲線、すなわち図3(a)に示す屈曲線S3、S4で折り、絞り片94a及び94bを形成してもよい。
また、上記実施の形態では、図2に示すように、絞り板94cを規制光束の光軸に略垂直になるように絞り94を配置する形態を例示して説明したが、これに限られず、絞り板94cを規制光束の光軸に対し傾けて絞り94を配置してもよい。図5は、図2に示す絞り94を角度θだけ傾けて配置した形態の画像読取光学系86A、及び結像部87Aを例示している。図5では、絞り94を傾けたことにより、絞り片94aが上流光束と平行ではなく、絞り片94bが下流光束と平行でなくなっているが、むろん各々が平行な関係となるように、絞り片94a及び94bの絞り板94cに対する角度を変えてもよい。
さらに、上記実施の形態では略矩形形状の開口部96を有する絞り94を例示して説明したが、これに限られず、開口部の形状は規制対象となる光束の断面形状等を勘案して円形状、楕円形状、三角形状等、他の形状としてもよい。この場合、屈曲線S1、S2の位置は、該開口部に対する長手方向(X軸方向)の接線の位置とすればよい。
なお、上記実施の形態では、画像読取光学系を構成する反射ミラーとして、予め定められた方向にパワーを有する結像ミラー90及び92(本実施の形態では、凹面鏡)を用いる形態を例示して説明したが、これに限られず、例えば平面ミラーを用いる形態としてもよい。例えば、結像ミラー90と結像ミラー92との間に平面ミラーを配置すると、光路が折り返されて画像読取光学系86のY軸方向の長さが短縮され、より小型化される。
また、画像読取光学系を構成する反射ミラーとして、予め定められた方向にパワーを有する結像ミラー90及び92を用いる場合、結像ミラー90及び92のパワーの方向は、それぞれ長手方向であってもよいし、短手方向であってもよい。また、結像ミラー90及び92の双方にパワーをもたせてもよいし、いずれか一方にのみパワーをもたせてもよい。
また、上記実施の形態では2つの結像ミラー(結像ミラー90、結像ミラー92)を用いる形態を例示して説明したが、これに限られず、3つ以上の結像ミラーを用いる形態としてもよい。例えば、ミラー85と結像ミラー90との間、あるいは結像ミラー92とセンサ88との間にさらに1つ以上の結像ミラーを配置して進行する光を折り返す形態としてもよい。
さらに、絞りの前後にそれぞれ正のパワー(集光光学系)を持ったミラーが必要となるが、その間に負のパワー(拡大光学系)が存在しても良い。必要な条件としては、少なくとも、絞りの前(光路上の上流側)にトータルで正のパワーを持った光学系または光学系群があり、絞りの後(光路上の下流側)にトータルで正のパワーを持った光学系または光学系群があればよいことは、絞りという既存技術を理解する当業者には当然の事項である。したがって、本発明の実施に当たり、ミラーの並び順や複数のミラーのそれぞれについてパワーの符号は自由であり、例えば絞りの直前に負のパワーを有したミラーが存在したとしても、問題なく実施ができることは、当業者には容易に理解される事項である。
12 画像読取装置
50 自動原稿送り装置
52 画像読取処理部
60 原稿台
61 原稿搬送路
62 排出台
63 用紙送出ロール
64 送出ロール
65 プリ位置合わせロール
66 位置合わせロール
67 プラテンロール
68 アウトロール
69 排出ロール
70 プラテンガラス
75 筐体
76 読取ユニット
80 照明ユニット
82 拡散反射部材
83、84、85 ミラー
86 画像読取光学系
87 結像部
88 センサ
90、92 結像ミラー
94 絞り
94a、94b 絞り片
94c 絞り板
96 開口部
100、102 結像ミラー
104 絞り
106 センサ
200 画像読取光学系
E1、E2、E3、E4 端部
L 反射光
Lu、Ld 光線
M 読取位置
P1、P2 位置
S1、S2、S3、S4 屈曲線

Claims (7)

  1. 第1の方向に複数の読取素子が並ぶ画像読取部と、
    光源からの照射光が読取対象で反射された反射光を反射する第1の反射型光学系と、
    前記第1の反射型光学系で反射された前記反射光を前記画像読取部に集光させる第2の反射型光学系と、
    前記第1の反射型光学系で反射された前記反射光を前記第1の方向に規制する開口部を有する板状部材であって、前記開口部の前記第1の方向の接線に沿うように前記開口部に対し予め定められた角度で折り曲げられた少なくとも1つの板状片を備えた板状部材を含む絞りと、を含む
    画像読取光学系。
  2. 前記絞りは、前記板状片によって前記第1の反射型光学系で反射された前記反射光を前記第1の方向と交差する第2の方向に規制する
    請求項1に記載の画像読取光学系。
  3. 前記板状片は、前記第1の反射型光学系に入射する第1の折返し光の進行方向と逆方向に折り曲げられ、前記第1の反射型光学系と前記第2の反射型光学系との間の第2の折返し光と前記第1の折返し光との間に配置されるか、又は、前記第2の反射型光学系と前記画像読取部との間の第3の折返し光の進行方向と同方向に折り曲げられ、前記第2の折返し光と前記第3の折返し光との間に配置されている
    請求項1又は請求項2に記載の画像読取光学系。
  4. 前記板状片は、前記第1の折返し光と前記第2の折返し光との間に配置されかつ前記第1の折返し光の光束と平行であるか、又は、前記第2の折返し光と前記第3の折返し光との間に配置されかつ前記第3の折返し光の光束と平行である
    請求項3に記載の画像読取光学系。
  5. 前記絞りは、前記第1の折返し光と前記第2の折返し光との間に配置された第1の板状片、及び、前記第2の折返し光と前記第3の折返し光との間に配置された第2の板状片を備える
    請求項3又は請求項4に記載の画像読取光学系。
  6. 前記第1の板状片と前記第2の板状片とは互いに異なる平面上に配置された
    請求項5に記載の画像読取光学系。
  7. 読取対象に光を照射する光源と、
    請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の画像読取光学系と、
    を含む画像読取装置。
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