JPWO2007029377A1 - 画像読取装置 - Google Patents
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Abstract
光源を多数配置し、照明照度を増大するとともに、照度レベルの調整が容易である画像読取装置を提供することを目的とする。この発明の画像読取装置は、線状に配列する複数の光源４と、光源４からの光を透過させる導光体５とを有する照明光学系により、導光体５の出射面近傍に設定された原稿読取位置１２を通過する原稿１を照明し、上記原稿１を透過した光を、ロッドレンズアレイ６と、ラインセンサＩＣ７を搭載するセンサ基板８とで構成された画像読取光学系により読取る構成とする。導光体５の出射面には、副走査方向に沿った尾根線を有すると共に、上記尾根線が主走査方向に複数並ぶ円筒レンズアレイ１３が形成されており、原稿１がない場合でも主走査方向の照度分布を照度変動が少ない状態で観測できる構成とする。
Description
本発明は画像読取装置に関するものであり、特にその照明光学系に関するものである。
従来、画像読取装置等に用いられる照明装置としては、導光体として出射面が凸状の曲面である透明棒を用い、上記曲面に対向する平面に光拡散領域を設け、さらに透明棒の両端側にＬＥＤ素子を設置して線状照明装置を実現していた（例えば、特許文献１参照。）。このような構成の照明装置からの出射光は、所定領域内を均一照度で照明することができる。
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の照明装置においては、透明棒の両端側にＬＥＤ素子を設置しているため、設置できるＬＥＤ素子の数が限定されるので照度を上げることが困難であるといった問題があった。
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、光源を多数配置し、照明照度を増大するとともに、照度レベルの調整が容易である画像読取装置を提供することを目的とする。
この発明に係る画像読取装置は、原稿の主走査方向に線状に配列する複数の光源と、上記複数の光源からの光を透過させる導光体とを有する照明光学系、上記原稿を上記主走査方向に直交する副走査方向に移動させると共に、上記複数の光源からの光が出射する上記導光体の出射面近傍に設定された原稿読取位置を、上記原稿が通過するようにする原稿移送制御系、及び上記主走査方向に並ぶ複数の結像光学系と受光素子とより構成され、上記原稿読取位置にある原稿を透過した光を読取る画像読取光学系を備え、上記複数の光源からの光が出射する上記導光体の出射面に、上記副走査方向に沿った尾根線を有すると共に、上記尾根線が上記主走査方向に複数並ぶ円筒レンズアレイを形成したものである。
この発明の画像読取装置は、原稿面の照度を増大できるとともに、原稿がない場合でも主走査方向の照度分布を照度変動が少ない状態で観測することができ、照度レベルの調整が容易である画像読取装置を得ることができる。
１ 原稿、２ 第１のカバーガラス、３ 第２のカバーガラス、４ 光源、５ 導光体、６ ロッドレンズアレイ、７ ラインセンサＩＣ、８ センサ基板、９ プラテン、１０ ＬＥＤ基板、１１ 光線、１２ 読取位置、１３ 円筒レンズアレイ。
実施の形態１．
図１〜図３は本発明の実施の形態１に係わる画像読取装置を示す図であり、図１は斜視図、図２は副走査方向の断面（ＹＺ面）構成図、図３は副走査方向に直交する主走査方向の一部分を示す断面（ＸＺ面）構成図である。図中、Ｘ方向が主走査方向、Ｙ方向が副走査方向、Ｚ方向が光軸方向である。
本実施の形態の画像読取装置は、照明光学系と、原稿１を副走査方向に移動させると共に、原稿１が常に原稿読取位置１２を通過するように原稿１を保持する原稿移送制御系と、読取光学系とで構成される。
原稿移送制御系は、例えば、原稿１を挟むカバーガラス２，３と、プラテン９とからなる。原稿１は、プラテン９等を駆動することにより、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とではさまれた空間を矢印Ａで示す原稿送り方向（副走査方向）に移動する。
照明光学系は、複数のＬＥＤなどを主走査方向に線状に配列して構成される複数の光源４と、これら複数の光源４を搭載する基板１０と、上記主走査方向を長軸方向、副走査方向を短軸方向とする導光体５とで構成され、光源４からの光線１１は、導光体５内を透過後、第２のカバーガラス３を介して原稿１面を照明する。
読取光学系は、主走査方向に並ぶ複数の結像光学系（ロッドレンズアレイ）６と、主走査方向に並ぶ複数の受光素子（ラインセンサ）ＩＣ７を搭載するセンサ基板８とで構成され、ラインセンサＩＣ７の読取位置（画像読取ライン）１２は主走査方向に設定されている。原稿１を透過する光のうち、読取位置１２上にある光（読取光）は、ロッドレンズアレイ６によってラインセンサＩＣ７に１対１で正像転写され、該ラインセンサＩＣ７により電気信号に変換される。
上記照明光学系及び上記読取光学系は、上記主走査方向に、原稿１の幅（主走査方向の幅）と等しいか、それ以上の長さの領域に配置される。また、ＬＥＤ４は、原稿面での、主走査方向における照度が均一になるように、所定の間隔で配置されている。
原稿１が、たとえばプラテン９などで移動されると、読取光学系は、読取位置１２にある原稿１の画像（情報）を順次読取り、最終的に原稿面全体の情報が電気信号に変換されることになる。
上記読取位置１２は、光源からの光が出射する導光体の出射面近傍に設定され、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とで原稿１を挟むことにより、原稿１が上記読取位置１２を通過するように制御される。
このような構成にすることにより、ＬＥＤ４の実装最小ピッチまで、ＬＥＤ４を多数並べて配置でき、照明照度を向上させることができる。
図１〜図３は本発明の実施の形態１に係わる画像読取装置を示す図であり、図１は斜視図、図２は副走査方向の断面（ＹＺ面）構成図、図３は副走査方向に直交する主走査方向の一部分を示す断面（ＸＺ面）構成図である。図中、Ｘ方向が主走査方向、Ｙ方向が副走査方向、Ｚ方向が光軸方向である。
本実施の形態の画像読取装置は、照明光学系と、原稿１を副走査方向に移動させると共に、原稿１が常に原稿読取位置１２を通過するように原稿１を保持する原稿移送制御系と、読取光学系とで構成される。
原稿移送制御系は、例えば、原稿１を挟むカバーガラス２，３と、プラテン９とからなる。原稿１は、プラテン９等を駆動することにより、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とではさまれた空間を矢印Ａで示す原稿送り方向（副走査方向）に移動する。
照明光学系は、複数のＬＥＤなどを主走査方向に線状に配列して構成される複数の光源４と、これら複数の光源４を搭載する基板１０と、上記主走査方向を長軸方向、副走査方向を短軸方向とする導光体５とで構成され、光源４からの光線１１は、導光体５内を透過後、第２のカバーガラス３を介して原稿１面を照明する。
読取光学系は、主走査方向に並ぶ複数の結像光学系（ロッドレンズアレイ）６と、主走査方向に並ぶ複数の受光素子（ラインセンサ）ＩＣ７を搭載するセンサ基板８とで構成され、ラインセンサＩＣ７の読取位置（画像読取ライン）１２は主走査方向に設定されている。原稿１を透過する光のうち、読取位置１２上にある光（読取光）は、ロッドレンズアレイ６によってラインセンサＩＣ７に１対１で正像転写され、該ラインセンサＩＣ７により電気信号に変換される。
上記照明光学系及び上記読取光学系は、上記主走査方向に、原稿１の幅（主走査方向の幅）と等しいか、それ以上の長さの領域に配置される。また、ＬＥＤ４は、原稿面での、主走査方向における照度が均一になるように、所定の間隔で配置されている。
原稿１が、たとえばプラテン９などで移動されると、読取光学系は、読取位置１２にある原稿１の画像（情報）を順次読取り、最終的に原稿面全体の情報が電気信号に変換されることになる。
上記読取位置１２は、光源からの光が出射する導光体の出射面近傍に設定され、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とで原稿１を挟むことにより、原稿１が上記読取位置１２を通過するように制御される。
このような構成にすることにより、ＬＥＤ４の実装最小ピッチまで、ＬＥＤ４を多数並べて配置でき、照明照度を向上させることができる。
図４（ａ）は上記のような構成の画像読取装置における、原稿面上の主走査方向の照度分布を示す図である。主走査方向の照度変動は１０％以下であり、良好な照度分布を得ている。
しかし、照度レベルの調整等を実施する際、原稿がない状態での照度を検出する場合がある。その際、検出された照度が大きく変動していると、正確な照度レベルの調整ができない。図４（ｂ）は、原稿がない場合に読取光学系で観測される主走査方向の照度を計算により求めたものである。この場合の照度変動は６０％程度にもなり、照度レベルの調整の基準照度としては利用が困難であるという問題がある。
しかし、照度レベルの調整等を実施する際、原稿がない状態での照度を検出する場合がある。その際、検出された照度が大きく変動していると、正確な照度レベルの調整ができない。図４（ｂ）は、原稿がない場合に読取光学系で観測される主走査方向の照度を計算により求めたものである。この場合の照度変動は６０％程度にもなり、照度レベルの調整の基準照度としては利用が困難であるという問題がある。
上記照度変動の原因は以下のような理由による。すなわち、原稿がある場合は、光源４からの光が原稿１により散乱されるため、原稿読取位置１２を通過する光線は主走査方向に亘って均一な角度分布を有するが、原稿がない場合は、原稿読取位置１２を通過する光線は、光源４の直上と、光源４間の直上とでは異なった角度分布を持つ。読取光学系のロッドレンズアレイ６は有限の開口角を持っているため、原稿読取位置を通過する光線が主走査方向に異なる角度分布を有すると、上記ロッドレンズアレイ６を透過できる光線量が主走査方向の位置により異なる。その結果、主走査方向で検出される照度が大きく変動する。
上記のような問題を解決する手段として、本実施の形態においては、図５に示すように、導光体５の出射面に、副走査方向に平行な複数の尾根線を持つ円筒レンズアレイ１３を形成した。このようにすることにより、円筒レンズアレイ１３は、複数の光源（ＬＥＤ）４から出射された光束に対して作用し、原稿読取位置を通過する光束の指向性分布を主走査方向で制御することによって、出射面全面に亘って読取光学系の視野角内の角度の光線を均一に作り出し、原稿がない場合にも、主走査方向における照度が均一になる。
以下、図６により、本実施の形態の画像読取装置における上記円筒レンズアレイ１３の作用について説明する。図６（ａ）は導光体５の出射面が平面である場合（従来構成）、図６（ｂ）は導光体５の出射面に円筒レンズアレイ１３が形成されている場合（本発明）の、光源４からの光束を示している。ここでは、読み取り光学系を構成するロッドレンズアレイ６うち、光源４ａの真上にある１つのロッドレンズアレイ６Ａに注目し説明する。
ロッドレンズアレイ６Ａの視野角を±αとし、読み取り位置１２に原稿がない場合を考える。ロッドレンズアレイ６ＡとＬＥＤ４との位置関係により、ＬＥＤ４から放射された光線がロッドレンズアレイ６Ａの視野角内にあると、上記光線はセンサ７に導かれるが、上記光線が視野角の範囲外であるとセンサ７に導くことができない。
例えば、図６（ａ）に示すように、導光体５の出射面が平面の場合、ロッドレンズアレイ６Ａの真下近傍にあるＬＥＤ４ａから放出された光線の一部はセンサ７に導かれるが、ＬＥＤ４ａに隣接するＬＥＤ５ｂから放出された光線はセンサ面に導かれない。光源４間の直上にあるロッドレンズアレイに対しては、視野角内の光線数が光源４の直上にあるロッドレンズアレイの視野角内の光線数に比べて少なくなる。したがって、ＬＥＤ４の配置ピッチに依存した強度分布がセンサ面で発生し、結果として、原稿がない場合に観測される照度に分布が生じる。
一方、図６（ｂ）に示すように、導光体５の出射面に円筒レンズアレイ１３が形成されている場合、ＬＥＤ４ａから放出された光線は円筒レンズアレイ１３により拡散され、センサ７に導かれる光線が、図６（ａ）の場合より減少する一方で、ＬＥＤ４ｂから放出された光線も円筒レンズアレイ１３により拡散され、一部がセンサ７に導かれる。光源４間の直上にあるロッドレンズアレイに対しても、視野角内の光線数が光源４の直上にあるロッドレンズアレイの視野角内の光線数と同程度にできる。その結果、センサ上の光線分布は平滑化され、原稿がない場合でも均一な照度分布を観測することができる。
ロッドレンズアレイ６Ａの視野角を±αとし、読み取り位置１２に原稿がない場合を考える。ロッドレンズアレイ６ＡとＬＥＤ４との位置関係により、ＬＥＤ４から放射された光線がロッドレンズアレイ６Ａの視野角内にあると、上記光線はセンサ７に導かれるが、上記光線が視野角の範囲外であるとセンサ７に導くことができない。
例えば、図６（ａ）に示すように、導光体５の出射面が平面の場合、ロッドレンズアレイ６Ａの真下近傍にあるＬＥＤ４ａから放出された光線の一部はセンサ７に導かれるが、ＬＥＤ４ａに隣接するＬＥＤ５ｂから放出された光線はセンサ面に導かれない。光源４間の直上にあるロッドレンズアレイに対しては、視野角内の光線数が光源４の直上にあるロッドレンズアレイの視野角内の光線数に比べて少なくなる。したがって、ＬＥＤ４の配置ピッチに依存した強度分布がセンサ面で発生し、結果として、原稿がない場合に観測される照度に分布が生じる。
一方、図６（ｂ）に示すように、導光体５の出射面に円筒レンズアレイ１３が形成されている場合、ＬＥＤ４ａから放出された光線は円筒レンズアレイ１３により拡散され、センサ７に導かれる光線が、図６（ａ）の場合より減少する一方で、ＬＥＤ４ｂから放出された光線も円筒レンズアレイ１３により拡散され、一部がセンサ７に導かれる。光源４間の直上にあるロッドレンズアレイに対しても、視野角内の光線数が光源４の直上にあるロッドレンズアレイの視野角内の光線数と同程度にできる。その結果、センサ上の光線分布は平滑化され、原稿がない場合でも均一な照度分布を観測することができる。
図７に、導光体５の出射面に上記円筒レンズアレイ１３を形成した場合の照度分布を示す。図７（ａ）は原稿ありの場合の、原稿面上の照度分布、図７（ｂ）は原稿なしの場合の、読取光学系で観測される照度分布を示す。
原稿がある場合の照度分布は、導光体５の出射面が平面である場合と同様、主走査方向で１０％以下と良好な照度分布を得ている。さらに、原稿がない場合に検出される主走査照度分布も５％以下と良好な照度分布が得られる。
このように、導光体５の出射面に、副走査方向に沿った尾根線を有すると共に、上記尾根線が主走査方向に複数並ぶ円筒レンズアレイ１３を形成することで、原稿１がない場合でも、主走査方向の照度分布を、照度変動が少ない状態で観測することができるようになる。
原稿がある場合の照度分布は、導光体５の出射面が平面である場合と同様、主走査方向で１０％以下と良好な照度分布を得ている。さらに、原稿がない場合に検出される主走査照度分布も５％以下と良好な照度分布が得られる。
このように、導光体５の出射面に、副走査方向に沿った尾根線を有すると共に、上記尾根線が主走査方向に複数並ぶ円筒レンズアレイ１３を形成することで、原稿１がない場合でも、主走査方向の照度分布を、照度変動が少ない状態で観測することができるようになる。
ここで、原稿がない場合に、原稿読取位置を通過する光線の角度分布を平均化するためには、円筒レンズアレイ１３を構成する各円筒レンズがその円筒軸方向に平行な側面で互いに密接して形成されることが望ましく、円筒レンズアレイ１３はいわゆるレンチキュラーレンズを形成する。
レンチキュラーレンズは、射出成型により、導光体５の出射面に直接成型、あるいは、印刷により形成したレンチキュラーレンズフィルムを密接して配置するか、貼り付けても良い。
レンチキュラーレンズは、射出成型により、導光体５の出射面に直接成型、あるいは、印刷により形成したレンチキュラーレンズフィルムを密接して配置するか、貼り付けても良い。
なお、上記実施の形態では、凸面の円筒レンズアレイについて示したが、凹面の円筒レンズアレイでも同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態では、図７（ａ）に示すように、原稿がある場合の主走査方向の照度変動が１０％以下であるものを示したが、原稿がある場合に、原稿面上で良好な照度分布を得るためには、光源（ＬＥＤ）４を配列する配列方向（主走査方向）の間隔をＬ、導光体５の光軸方向の高さをＨとすると、Ｈ／Ｌを所定の値に設定するとよい。
以下に、ＨとＬとの関係に関して詳細に示す。図８は、Ｌを一定値にし、Ｈを変化させた時の照度分布を示す図であり、光線追跡計算によって求めた原稿面での主走査方向の照度分布を示す。図８（ａ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝５ｍｍ、図８（ｂ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１０ｍｍ、図８（ｃ）はＬ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１５ｍｍの照度分布である。導光体５の高さＨが高くなると主走査方向の照度分布が均一になることがわかる。図８（ａ）のＨ／Ｌ＝１／２における照度分布の偏差（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）は約２０％であり、図８（ｂ）のＨ／Ｌ＝１における照度分布の偏差は１０％、図８（ｃ）のＨ／Ｌ＝１．５における照度分布の偏差は１０％以下である。原稿がある場合の、主走査方向の照度分布は２０％以下、望ましくは１０％以下の偏差に抑えることが望ましい。したがって、導光体の高さＨを、Ｈ／Ｌ≧１／２、望ましくはＨ／Ｌ≧１とすることにより、原稿がある場合に、原稿面上で良好な照度分布を得ることができ、高精度の読取が可能となる。なお、Ｌを変化させた場合にも、導光体５の高さＨと主走査方向の照度分布との関係に関して同様の計算結果が得られた。
以下に、ＨとＬとの関係に関して詳細に示す。図８は、Ｌを一定値にし、Ｈを変化させた時の照度分布を示す図であり、光線追跡計算によって求めた原稿面での主走査方向の照度分布を示す。図８（ａ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝５ｍｍ、図８（ｂ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１０ｍｍ、図８（ｃ）はＬ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１５ｍｍの照度分布である。導光体５の高さＨが高くなると主走査方向の照度分布が均一になることがわかる。図８（ａ）のＨ／Ｌ＝１／２における照度分布の偏差（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）は約２０％であり、図８（ｂ）のＨ／Ｌ＝１における照度分布の偏差は１０％、図８（ｃ）のＨ／Ｌ＝１．５における照度分布の偏差は１０％以下である。原稿がある場合の、主走査方向の照度分布は２０％以下、望ましくは１０％以下の偏差に抑えることが望ましい。したがって、導光体の高さＨを、Ｈ／Ｌ≧１／２、望ましくはＨ／Ｌ≧１とすることにより、原稿がある場合に、原稿面上で良好な照度分布を得ることができ、高精度の読取が可能となる。なお、Ｌを変化させた場合にも、導光体５の高さＨと主走査方向の照度分布との関係に関して同様の計算結果が得られた。
以上の結果より、導光体５の出射面に円筒レンズアレイ１３を形成するとともに、導光体の高さＨを、Ｈ／Ｌ≧１／２、望ましくはＨ／Ｌ≧１とすることにより、原稿がある場合も無い場合も、主走査方向における照度分布が均一になる。
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る導光体の主走査方向の一部分を示す断面（ＸＺ面）構成図であり、導光体５の出射面に形成された円筒レンズアレイ１３の詳細を示す図である。
導光体５の出射面には、円筒レンズアレイ１３が形成されており、各円筒レンズの曲率をＲ、円筒レンズの間隔（ピッチ）をＰ、光軸方向の円筒レンズの厚みをＤとする。
図９は、本発明の実施の形態２に係る導光体の主走査方向の一部分を示す断面（ＸＺ面）構成図であり、導光体５の出射面に形成された円筒レンズアレイ１３の詳細を示す図である。
導光体５の出射面には、円筒レンズアレイ１３が形成されており、各円筒レンズの曲率をＲ、円筒レンズの間隔（ピッチ）をＰ、光軸方向の円筒レンズの厚みをＤとする。
図１０に、円筒レンズの曲率Ｒに対する円筒レンズの間隔（ピッチ）Ｐの比Ｐ／Ｒと、原稿なしの場合に検出される主走査方向の照度分布の偏差との関係を計算した結果を示す。ここで、円筒レンズの厚みＤ及び曲率半径Ｒは、円柱レンズがその円筒軸方向に平行な側面で互いに密接するように選定している。
図１０より、照度偏差が１０％以下になる領域は、Ｐ／Ｒが１．６〜２．３程度の範囲、照度偏差が２０％以下の領域はＰ／Ｒが１．３〜２．８５の範囲となる。ただし、図１０はＰ≦０．７５ｍｍでの結果である。
円筒レンズの間隔（ピッチ）Ｐが０．７５ｍｍより大きくなると、照度偏差は図１０に示す値より大きくなる。図１１に、原稿なしの場合に検出される主走査方向の照度分布の偏差とＰとの関係を計算した結果を示す。図１１において、例えば、Ｐ＝１．９ｍｍでは照度偏差が１３％であり、Ｐ≦０．７５ｍｍでの照度偏差３％との差分１０％が、図１０の曲線に加算される。従って、円筒レンズの間隔Ｐが１．９ｍｍ以下であれば、Ｐ／Ｒを１．６〜２．３の範囲に設定すれば、合計の照度偏差を２０％以下にすることができる。
なお、図１０、及び図１１は、Ｈ／Ｌ≧１とした場合の結果である。
図１０より、照度偏差が１０％以下になる領域は、Ｐ／Ｒが１．６〜２．３程度の範囲、照度偏差が２０％以下の領域はＰ／Ｒが１．３〜２．８５の範囲となる。ただし、図１０はＰ≦０．７５ｍｍでの結果である。
円筒レンズの間隔（ピッチ）Ｐが０．７５ｍｍより大きくなると、照度偏差は図１０に示す値より大きくなる。図１１に、原稿なしの場合に検出される主走査方向の照度分布の偏差とＰとの関係を計算した結果を示す。図１１において、例えば、Ｐ＝１．９ｍｍでは照度偏差が１３％であり、Ｐ≦０．７５ｍｍでの照度偏差３％との差分１０％が、図１０の曲線に加算される。従って、円筒レンズの間隔Ｐが１．９ｍｍ以下であれば、Ｐ／Ｒを１．６〜２．３の範囲に設定すれば、合計の照度偏差を２０％以下にすることができる。
なお、図１０、及び図１１は、Ｈ／Ｌ≧１とした場合の結果である。
以上の結果より、円筒レンズの間隔Ｐが０．７５ｍｍ以下であれば、Ｐ／Ｒを１．３〜２．８５の範囲、望ましくはＰ／Ｒを１．６〜２．３の範囲に、円筒レンズの間隔Ｐが０．７５ｍｍより大きい場合であれば、Ｐ／Ｒの範囲を、より照度偏差の小さい範囲に設定することにより、照度偏差を所定値以下に抑えることができ、原稿がない場合でも主走査方向の照度分布を照度変動が少ない状態で観測することができる。
実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３に係る画像読取装置の斜視図、図１３は本発明の実施の形態３による画像読取装置の副走査方向の断面構成図である。原稿１は、しわやそりのため、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間隔が狭いと、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３間を通過することができない。そこで、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３の間隔を１〜２ｍｍ程度開ける必要がある。原稿１の濃淡を正確に読み取るためには、このような間隔を有する第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間において、光軸方向（深度方向）に均一な照度の照明を行う必要がある。
また、照明光学系の光軸と読取光学系の光軸とを軸合わせは、装置組み立ての精度に依存し、ある程度の軸ずれ、たとえば±１ｍｍ程度のずれを許容すると、原稿１の濃淡を正確に読取るためには、副走査方向において、この範囲（±１ｍｍ程度）で均一な照度の照明を行う必要がある。
すなわち、深度方向及び副走査方向での照度を、原稿読取位置近傍の所定の領域で均一化する必要がある。
本実施の形態では、図１２及び図１３に示すように、導光体５の副走査方向の断面形状を、ＬＥＤ４側が狭い台形形状にしており、このような構成によって、原稿読取位置近傍の所定の領域、すなわち、照明光学系の出射面近傍の所定の領域を均一強度で照射することができる。
なお、本実施の形態の導光体５の出射面には、実施の形態１及び実施の形態２で述べたと同様の円筒レンズアレイ１３が形成されている。
図１２は本発明の実施の形態３に係る画像読取装置の斜視図、図１３は本発明の実施の形態３による画像読取装置の副走査方向の断面構成図である。原稿１は、しわやそりのため、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間隔が狭いと、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３間を通過することができない。そこで、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３の間隔を１〜２ｍｍ程度開ける必要がある。原稿１の濃淡を正確に読み取るためには、このような間隔を有する第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間において、光軸方向（深度方向）に均一な照度の照明を行う必要がある。
また、照明光学系の光軸と読取光学系の光軸とを軸合わせは、装置組み立ての精度に依存し、ある程度の軸ずれ、たとえば±１ｍｍ程度のずれを許容すると、原稿１の濃淡を正確に読取るためには、副走査方向において、この範囲（±１ｍｍ程度）で均一な照度の照明を行う必要がある。
すなわち、深度方向及び副走査方向での照度を、原稿読取位置近傍の所定の領域で均一化する必要がある。
本実施の形態では、図１２及び図１３に示すように、導光体５の副走査方向の断面形状を、ＬＥＤ４側が狭い台形形状にしており、このような構成によって、原稿読取位置近傍の所定の領域、すなわち、照明光学系の出射面近傍の所定の領域を均一強度で照射することができる。
なお、本実施の形態の導光体５の出射面には、実施の形態１及び実施の形態２で述べたと同様の円筒レンズアレイ１３が形成されている。
図１４は導光体５の副走査方向の断面形状が長方形であるときの、原稿面での照度分布の光線追跡による計算結果例であり、図１５は導光体の副走査方向の断面形状が、ＬＥＤ４側が狭い台形形状であるときの、原稿面での照度分布の光線追跡による計算結果例である。
図１４及び図１５において、横軸は副走査方向での読取中心（光軸とほぼ一致）からの距離、縦軸は光強度（相対値）、ｄは第２のカバーガラス３の上面からの距離を示す。
図１４において照度分布は、副走査方向に対し、読取中心の照度が高く、両側に向けて照度が低下している。また、中心照度に関しては、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍで大きく変化しており、ｄ＝１ｍｍの照度を基準にすると±４０％程度の照度差が発生している。これに対して、図１５において照度分布は、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍのいずれも、副走査方向に対し、中心から±１ｍｍ以内の領域でほぼ均一の光強度が得られており、照度もｄ＝１ｍｍの照度を基準にして±１０％以内の照度差に収まっている。
図１４及び図１５において、横軸は副走査方向での読取中心（光軸とほぼ一致）からの距離、縦軸は光強度（相対値）、ｄは第２のカバーガラス３の上面からの距離を示す。
図１４において照度分布は、副走査方向に対し、読取中心の照度が高く、両側に向けて照度が低下している。また、中心照度に関しては、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍで大きく変化しており、ｄ＝１ｍｍの照度を基準にすると±４０％程度の照度差が発生している。これに対して、図１５において照度分布は、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍのいずれも、副走査方向に対し、中心から±１ｍｍ以内の領域でほぼ均一の光強度が得られており、照度もｄ＝１ｍｍの照度を基準にして±１０％以内の照度差に収まっている。
このように、導光体５の副走査方向の断面形状が、ＬＥＤ４側が狭い台形形状であると、深度方向、副走査方向での照度を必要な範囲で均一化することができる。
図１６は本発明の実施の形態３に係る導光体の短軸方向（副走査方向）の断面構成図である。導光体５の出射面には円筒レンズアレイ１３が形成されている。また、光源からの光が入射する導光体５の入射面に垂直な面と、長軸方向（主走査方向）に沿った導光体側面との角度（図１６においては、底辺に垂直な線に対する斜辺の角度）をθとする。
以下に、θの最適値に関して詳細に示す。図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれθを３度、５度、７度にした場合の副走査方向の照度分布を示す。３度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍでの副走査方向中心位置での照度分布はほぼ一致しているが、ｄ＝２ｍｍで副走査方向の均一領域が狭くなっている。一方、７度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍとも副走査方向の均一領域が±３ｍｍ程度にまで広がっているが、深度方向の照度が±１０％程度変化している。従って、θは５度を中心とした領域が望ましい。深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±２０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で２０％以内とすると、θは３度〜１０度の範囲とすればよい。また、深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±１０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で１０％以内とすると、θは３度〜７度の範囲とすればよい。
以下に、θの最適値に関して詳細に示す。図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれθを３度、５度、７度にした場合の副走査方向の照度分布を示す。３度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍでの副走査方向中心位置での照度分布はほぼ一致しているが、ｄ＝２ｍｍで副走査方向の均一領域が狭くなっている。一方、７度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍとも副走査方向の均一領域が±３ｍｍ程度にまで広がっているが、深度方向の照度が±１０％程度変化している。従って、θは５度を中心とした領域が望ましい。深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±２０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で２０％以内とすると、θは３度〜１０度の範囲とすればよい。また、深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±１０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で１０％以内とすると、θは３度〜７度の範囲とすればよい。
なお、図１７は、第２のカバーガラス３の厚みが２ｍｍ、ｄ＝０〜２ｍｍの場合の計算結果を示すものであり、原稿読取位置と導光体の出射面との距離を、光学長にして少なくとも１．４ｍｍ以上、３．４ｍｍ以下の領域にし、θを３度〜１０度、望ましくは３度〜７度にすれば、読取精度の高い装置が得られる。また、導光体５の出射面には円筒レンズアレイ１３が形成されているので、原稿がない場合でも主走査方向の照度分布を照度変動が少ない状態で観測することができる。
原稿読取位置と導光体の出射面との距離が図１７の例と異なる場合にも、上記θを所定の角度に設定すれば、原稿読取位置近傍での照度が深度方向及び副走査方向で均一化でき、原稿位置が原稿読取位置の領域内で変動しても、同じ明るさの照明が可能となり、原稿の濃淡を正確に検出することができる。
なお、上記各実施の形態では、光源であるＬＥＤとして１色のみについて説明したが、カラー原稿等の読取のために複数色のＬＥＤを交互に配置しても良い。この場合、ＬＥＤの間隔Ｌは１色毎と考える。
また、上記各実施の形態では読取光学系としてロッドレンズアレイを用いた構成を示したが、読取光学系として複数のレンズ、ミラーの組み合わせによる構成でも同様の効果を奏する。
本発明は画像読取装置に関するものであり、特にその照明光学系に関するものである。
従来、画像読取装置等に用いられる照明装置としては、導光体として出射面が凸状の曲面である透明棒を用い、上記曲面に対向する平面に光拡散領域を設け、さらに透明棒の両端側にＬＥＤ素子を設置して線状照明装置を実現していた（例えば、特許文献１参照。）。このような構成の照明装置からの出射光は、所定領域内を均一照度で照明することができる。
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の照明装置においては、透明棒の両端側にＬＥＤ素子を設置しているため、設置できるＬＥＤ素子の数が限定されるので照度を上げることが困難であるといった問題があった。
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、光源を多数配置し、照明照度を増大するとともに、照度レベルの調整が容易である画像読取装置を提供することを目的とする。
この発明に係る画像読取装置は、原稿の主走査方向に線状に配列する複数の光源と、上記複数の光源からの光を透過させる導光体とを有する照明光学系、上記原稿を上記主走査方向に直交する副走査方向に移動させると共に、上記複数の光源からの光が出射する上記導光体の出射面近傍に設定された原稿読取位置を、上記原稿が通過するようにする原稿移送制御系、及び上記主走査方向に並ぶ複数の結像光学系と受光素子とより構成され、上記原稿読取位置にある原稿を透過した光を読取る画像読取光学系を備え、上記複数の光源からの光が出射する上記導光体の出射面に、上記副走査方向に沿った尾根線を有すると共に、上記尾根線が上記主走査方向に複数並ぶ円筒レンズアレイを形成したものである。
この発明の画像読取装置は、原稿面の照度を増大できるとともに、原稿がない場合でも主走査方向の照度分布を照度変動が少ない状態で観測することができ、照度レベルの調整が容易である画像読取装置を得ることができる。
実施の形態１．
図１〜図３は本発明の実施の形態１に係わる画像読取装置を示す図であり、図１は斜視図、図２は副走査方向の断面（ＹＺ面）構成図、図３は副走査方向に直交する主走査方向の一部分を示す断面（ＸＺ面）構成図である。図中、Ｘ方向が主走査方向、Ｙ方向が副走査方向、Ｚ方向が光軸方向である。
本実施の形態の画像読取装置は、照明光学系と、原稿１を副走査方向に移動させると共に、原稿１が常に原稿読取位置１２を通過するように原稿１を保持する原稿移送制御系と、読取光学系とで構成される。
原稿移送制御系は、例えば、原稿１を挟むカバーガラス２，３と、プラテン９とからなる。原稿１は、プラテン９等を駆動することにより、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とではさまれた空間を矢印Ａで示す原稿送り方向（副走査方向）に移動する。
照明光学系は、複数のＬＥＤなどを主走査方向に線状に配列して構成される複数の光源４と、これら複数の光源４を搭載する基板１０と、上記主走査方向を長軸方向、副走査方向を短軸方向とする導光体５とで構成され、光源４からの光線１１は、導光体５内を透過後、第２のカバーガラス３を介して原稿１面を照明する。
読取光学系は、主走査方向に並ぶ複数の結像光学系（ロッドレンズアレイ）６と、主走査方向に並ぶ複数の受光素子（ラインセンサ）ＩＣ７を搭載するセンサ基板８とで構成され、ラインセンサＩＣ７の読取位置（画像読取ライン）１２は主走査方向に設定されている。原稿１を透過する光のうち、読取位置１２上にある光（読取光）は、ロッドレンズアレイ６によってラインセンサＩＣ７に１対１で正像転写され、該ラインセンサＩＣ７により電気信号に変換される。
上記照明光学系及び上記読取光学系は、上記主走査方向に、原稿１の幅（主走査方向の幅）と等しいか、それ以上の長さの領域に配置される。また、ＬＥＤ４は、原稿面での、主走査方向における照度が均一になるように、所定の間隔で配置されている。
原稿１が、たとえばプラテン９などで移動されると、読取光学系は、読取位置１２にある原稿１の画像（情報）を順次読取り、最終的に原稿面全体の情報が電気信号に変換されることになる。
上記読取位置１２は、光源からの光が出射する導光体の出射面近傍に設定され、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とで原稿１を挟むことにより、原稿１が上記読取位置１２を通過するように制御される。
このような構成にすることにより、ＬＥＤ４の実装最小ピッチまで、ＬＥＤ４を多数並べて配置でき、照明照度を向上させることができる。
図１〜図３は本発明の実施の形態１に係わる画像読取装置を示す図であり、図１は斜視図、図２は副走査方向の断面（ＹＺ面）構成図、図３は副走査方向に直交する主走査方向の一部分を示す断面（ＸＺ面）構成図である。図中、Ｘ方向が主走査方向、Ｙ方向が副走査方向、Ｚ方向が光軸方向である。
本実施の形態の画像読取装置は、照明光学系と、原稿１を副走査方向に移動させると共に、原稿１が常に原稿読取位置１２を通過するように原稿１を保持する原稿移送制御系と、読取光学系とで構成される。
原稿移送制御系は、例えば、原稿１を挟むカバーガラス２，３と、プラテン９とからなる。原稿１は、プラテン９等を駆動することにより、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とではさまれた空間を矢印Ａで示す原稿送り方向（副走査方向）に移動する。
照明光学系は、複数のＬＥＤなどを主走査方向に線状に配列して構成される複数の光源４と、これら複数の光源４を搭載する基板１０と、上記主走査方向を長軸方向、副走査方向を短軸方向とする導光体５とで構成され、光源４からの光線１１は、導光体５内を透過後、第２のカバーガラス３を介して原稿１面を照明する。
読取光学系は、主走査方向に並ぶ複数の結像光学系（ロッドレンズアレイ）６と、主走査方向に並ぶ複数の受光素子（ラインセンサ）ＩＣ７を搭載するセンサ基板８とで構成され、ラインセンサＩＣ７の読取位置（画像読取ライン）１２は主走査方向に設定されている。原稿１を透過する光のうち、読取位置１２上にある光（読取光）は、ロッドレンズアレイ６によってラインセンサＩＣ７に１対１で正像転写され、該ラインセンサＩＣ７により電気信号に変換される。
上記照明光学系及び上記読取光学系は、上記主走査方向に、原稿１の幅（主走査方向の幅）と等しいか、それ以上の長さの領域に配置される。また、ＬＥＤ４は、原稿面での、主走査方向における照度が均一になるように、所定の間隔で配置されている。
原稿１が、たとえばプラテン９などで移動されると、読取光学系は、読取位置１２にある原稿１の画像（情報）を順次読取り、最終的に原稿面全体の情報が電気信号に変換されることになる。
上記読取位置１２は、光源からの光が出射する導光体の出射面近傍に設定され、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とで原稿１を挟むことにより、原稿１が上記読取位置１２を通過するように制御される。
このような構成にすることにより、ＬＥＤ４の実装最小ピッチまで、ＬＥＤ４を多数並べて配置でき、照明照度を向上させることができる。
図４（ａ）は上記のような構成の画像読取装置における、原稿面上の主走査方向の照度分布を示す図である。主走査方向の照度変動は１０％以下であり、良好な照度分布を得ている。
しかし、照度レベルの調整等を実施する際、原稿がない状態での照度を検出する場合がある。その際、検出された照度が大きく変動していると、正確な照度レベルの調整ができない。図４（ｂ）は、原稿がない場合に読取光学系で観測される主走査方向の照度を計算により求めたものである。この場合の照度変動は６０％程度にもなり、照度レベルの調整の基準照度としては利用が困難であるという問題がある。
しかし、照度レベルの調整等を実施する際、原稿がない状態での照度を検出する場合がある。その際、検出された照度が大きく変動していると、正確な照度レベルの調整ができない。図４（ｂ）は、原稿がない場合に読取光学系で観測される主走査方向の照度を計算により求めたものである。この場合の照度変動は６０％程度にもなり、照度レベルの調整の基準照度としては利用が困難であるという問題がある。
上記照度変動の原因は以下のような理由による。すなわち、原稿がある場合は、光源４からの光が原稿１により散乱されるため、原稿読取位置１２を通過する光線は主走査方向に亘って均一な角度分布を有するが、原稿がない場合は、原稿読取位置１２を通過する光線は、光源４の直上と、光源４間の直上とでは異なった角度分布を持つ。読取光学系のロッドレンズアレイ６は有限の開口角を持っているため、原稿読取位置を通過する光線が主走査方向に異なる角度分布を有すると、上記ロッドレンズアレイ６を透過できる光線量が主走査方向の位置により異なる。その結果、主走査方向で検出される照度が大きく変動する。
上記のような問題を解決する手段として、本実施の形態においては、図５に示すように、導光体５の出射面に、副走査方向に平行な複数の尾根線を持つ円筒レンズアレイ１３を形成した。このようにすることにより、円筒レンズアレイ１３は、複数の光源（ＬＥＤ）４から出射された光束に対して作用し、原稿読取位置を通過する光束の指向性分布を主走査方向で制御することによって、出射面全面に亘って読取光学系の視野角内の角度の光線を均一に作り出し、原稿がない場合にも、主走査方向における照度が均一になる。
以下、図６により、本実施の形態の画像読取装置における上記円筒レンズアレイ１３の作用について説明する。図６（ａ）は導光体５の出射面が平面である場合（従来構成）、図６（ｂ）は導光体５の出射面に円筒レンズアレイ１３が形成されている場合（本発明）の、光源４からの光束を示している。ここでは、読み取り光学系を構成するロッドレンズアレイ６のうち、光源４ａの真上にある１つのロッドレンズアレイ６Ａに注目し説明する。
ロッドレンズアレイ６Ａの視野角を±αとし、読み取り位置１２に原稿がない場合を考える。ロッドレンズアレイ６ＡとＬＥＤ４との位置関係により、ＬＥＤ４から放射された光線がロッドレンズアレイ６Ａの視野角内にあると、上記光線はセンサ７に導かれるが、上記光線が視野角の範囲外であるとセンサ７に導くことができない。
例えば、図６（ａ）に示すように、導光体５の出射面が平面の場合、ロッドレンズアレイ６Ａの真下近傍にあるＬＥＤ４ａから放出された光線の一部はセンサ７に導かれるが、ＬＥＤ４ａに隣接するＬＥＤ４ｂから放出された光線はセンサ面に導かれない。光源４間の直上にあるロッドレンズアレイに対しては、視野角内の光線数が光源４の直上にあるロッドレンズアレイの視野角内の光線数に比べて少なくなる。したがって、ＬＥＤ４の配置ピッチに依存した強度分布がセンサ面で発生し、結果として、原稿がない場合に観測される照度に分布が生じる。
一方、図６（ｂ）に示すように、導光体５の出射面に円筒レンズアレイ１３が形成されている場合、ＬＥＤ４ａから放出された光線は円筒レンズアレイ１３により拡散され、センサ７に導かれる光線が、図６（ａ）の場合より減少する一方で、ＬＥＤ４ｂから放出された光線も円筒レンズアレイ１３により拡散され、一部がセンサ７に導かれる。光源４間の直上にあるロッドレンズアレイに対しても、視野角内の光線数が光源４の直上にあるロッドレンズアレイの視野角内の光線数と同程度にできる。その結果、センサ上の光線分布は平滑化され、原稿がない場合でも均一な照度分布を観測することができる。
ロッドレンズアレイ６Ａの視野角を±αとし、読み取り位置１２に原稿がない場合を考える。ロッドレンズアレイ６ＡとＬＥＤ４との位置関係により、ＬＥＤ４から放射された光線がロッドレンズアレイ６Ａの視野角内にあると、上記光線はセンサ７に導かれるが、上記光線が視野角の範囲外であるとセンサ７に導くことができない。
例えば、図６（ａ）に示すように、導光体５の出射面が平面の場合、ロッドレンズアレイ６Ａの真下近傍にあるＬＥＤ４ａから放出された光線の一部はセンサ７に導かれるが、ＬＥＤ４ａに隣接するＬＥＤ４ｂから放出された光線はセンサ面に導かれない。光源４間の直上にあるロッドレンズアレイに対しては、視野角内の光線数が光源４の直上にあるロッドレンズアレイの視野角内の光線数に比べて少なくなる。したがって、ＬＥＤ４の配置ピッチに依存した強度分布がセンサ面で発生し、結果として、原稿がない場合に観測される照度に分布が生じる。
一方、図６（ｂ）に示すように、導光体５の出射面に円筒レンズアレイ１３が形成されている場合、ＬＥＤ４ａから放出された光線は円筒レンズアレイ１３により拡散され、センサ７に導かれる光線が、図６（ａ）の場合より減少する一方で、ＬＥＤ４ｂから放出された光線も円筒レンズアレイ１３により拡散され、一部がセンサ７に導かれる。光源４間の直上にあるロッドレンズアレイに対しても、視野角内の光線数が光源４の直上にあるロッドレンズアレイの視野角内の光線数と同程度にできる。その結果、センサ上の光線分布は平滑化され、原稿がない場合でも均一な照度分布を観測することができる。
図７に、導光体５の出射面に上記円筒レンズアレイ１３を形成した場合の照度分布を示す。図７（ａ）は原稿ありの場合の、原稿面上の照度分布、図７（ｂ）は原稿なしの場合の、読取光学系で観測される照度分布を示す。
原稿がある場合の照度分布は、導光体５の出射面が平面である場合と同様、主走査方向で１０％以下と良好な照度分布を得ている。さらに、原稿がない場合に検出される主走査照度分布も５％以下と良好な照度分布が得られる。
このように、導光体５の出射面に、副走査方向に沿った尾根線を有すると共に、上記尾根線が主走査方向に複数並ぶ円筒レンズアレイ１３を形成することで、原稿１がない場合でも、主走査方向の照度分布を、照度変動が少ない状態で観測することができるようになる。
原稿がある場合の照度分布は、導光体５の出射面が平面である場合と同様、主走査方向で１０％以下と良好な照度分布を得ている。さらに、原稿がない場合に検出される主走査照度分布も５％以下と良好な照度分布が得られる。
このように、導光体５の出射面に、副走査方向に沿った尾根線を有すると共に、上記尾根線が主走査方向に複数並ぶ円筒レンズアレイ１３を形成することで、原稿１がない場合でも、主走査方向の照度分布を、照度変動が少ない状態で観測することができるようになる。
ここで、原稿がない場合に、原稿読取位置を通過する光線の角度分布を平均化するためには、円筒レンズアレイ１３を構成する各円筒レンズがその円筒軸方向に平行な側面で互いに密接して形成されることが望ましく、円筒レンズアレイ１３はいわゆるレンチキュラーレンズを形成する。
レンチキュラーレンズは、射出成型により、導光体５の出射面に直接成型、あるいは、印刷により形成したレンチキュラーレンズフィルムを密接して配置するか、貼り付けても良い。
レンチキュラーレンズは、射出成型により、導光体５の出射面に直接成型、あるいは、印刷により形成したレンチキュラーレンズフィルムを密接して配置するか、貼り付けても良い。
なお、上記実施の形態では、凸面の円筒レンズアレイについて示したが、凹面の円筒レンズアレイでも同様の効果を奏する。
また、上記実施の形態では、図７（ａ）に示すように、原稿がある場合の主走査方向の照度変動が１０％以下であるものを示したが、原稿がある場合に、原稿面上で良好な照度分布を得るためには、光源（ＬＥＤ）４を配列する配列方向（主走査方向）の間隔をＬ、導光体５の光軸方向の高さをＨとすると、Ｈ／Ｌを所定の値に設定するとよい。
以下に、ＨとＬとの関係に関して詳細に示す。図８は、Ｌを一定値にし、Ｈを変化させた時の照度分布を示す図であり、光線追跡計算によって求めた原稿面での主走査方向の照度分布を示す。図８（ａ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝５ｍｍ、図８（ｂ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１０ｍｍ、図８（ｃ）はＬ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１５ｍｍの照度分布である。導光体５の高さＨが高くなると主走査方向の照度分布が均一になることがわかる。図８（ａ）のＨ／Ｌ＝１／２における照度分布の偏差（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）は約２０％であり、図８（ｂ）のＨ／Ｌ＝１における照度分布の偏差は１０％、図８（ｃ）のＨ／Ｌ＝１．５における照度分布の偏差は１０％以下である。原稿がある場合の、主走査方向の照度分布は２０％以下、望ましくは１０％以下の偏差に抑えることが望ましい。したがって、導光体の高さＨを、Ｈ／Ｌ≧１／２、望ましくはＨ／Ｌ≧１とすることにより、原稿がある場合に、原稿面上で良好な照度分布を得ることができ、高精度の読取が可能となる。なお、Ｌを変化させた場合にも、導光体５の高さＨと主走査方向の照度分布との関係に関して同様の計算結果が得られた。
以下に、ＨとＬとの関係に関して詳細に示す。図８は、Ｌを一定値にし、Ｈを変化させた時の照度分布を示す図であり、光線追跡計算によって求めた原稿面での主走査方向の照度分布を示す。図８（ａ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝５ｍｍ、図８（ｂ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１０ｍｍ、図８（ｃ）はＬ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１５ｍｍの照度分布である。導光体５の高さＨが高くなると主走査方向の照度分布が均一になることがわかる。図８（ａ）のＨ／Ｌ＝１／２における照度分布の偏差（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）は約２０％であり、図８（ｂ）のＨ／Ｌ＝１における照度分布の偏差は１０％、図８（ｃ）のＨ／Ｌ＝１．５における照度分布の偏差は１０％以下である。原稿がある場合の、主走査方向の照度分布は２０％以下、望ましくは１０％以下の偏差に抑えることが望ましい。したがって、導光体の高さＨを、Ｈ／Ｌ≧１／２、望ましくはＨ／Ｌ≧１とすることにより、原稿がある場合に、原稿面上で良好な照度分布を得ることができ、高精度の読取が可能となる。なお、Ｌを変化させた場合にも、導光体５の高さＨと主走査方向の照度分布との関係に関して同様の計算結果が得られた。
以上の結果より、導光体５の出射面に円筒レンズアレイ１３を形成するとともに、導光体の高さＨを、Ｈ／Ｌ≧１／２、望ましくはＨ／Ｌ≧１とすることにより、原稿がある場合も無い場合も、主走査方向における照度分布が均一になる。
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る導光体の主走査方向の一部分を示す断面（ＸＺ面）構成図であり、導光体５の出射面に形成された円筒レンズアレイ１３の詳細を示す図である。
導光体５の出射面には、円筒レンズアレイ１３が形成されており、各円筒レンズの曲率をＲ、円筒レンズの間隔（ピッチ）をＰ、光軸方向の円筒レンズの厚みをＤとする。
図９は、本発明の実施の形態２に係る導光体の主走査方向の一部分を示す断面（ＸＺ面）構成図であり、導光体５の出射面に形成された円筒レンズアレイ１３の詳細を示す図である。
導光体５の出射面には、円筒レンズアレイ１３が形成されており、各円筒レンズの曲率をＲ、円筒レンズの間隔（ピッチ）をＰ、光軸方向の円筒レンズの厚みをＤとする。
図１０に、円筒レンズの曲率Ｒに対する円筒レンズの間隔（ピッチ）Ｐの比Ｐ／Ｒと、原稿なしの場合に検出される主走査方向の照度分布の偏差との関係を計算した結果を示す。ここで、円筒レンズの厚みＤ及び曲率半径Ｒは、円柱レンズがその円筒軸方向に平行な側面で互いに密接するように選定している。
図１０より、照度偏差が１０％以下になる領域は、Ｐ／Ｒが１．６〜２．３程度の範囲、照度偏差が２０％以下の領域はＰ／Ｒが１．３〜２．８５の範囲となる。ただし、図１０はＰ≦０．７５ｍｍでの結果である。
円筒レンズの間隔（ピッチ）Ｐが０．７５ｍｍより大きくなると、照度偏差は図１０に示す値より大きくなる。図１１に、原稿なしの場合に検出される主走査方向の照度分布の偏差とＰとの関係を計算した結果を示す。図１１において、例えば、Ｐ＝１．９ｍｍでは照度偏差が１３％であり、Ｐ≦０．７５ｍｍでの照度偏差３％との差分１０％が、図１０の曲線に加算される。従って、円筒レンズの間隔Ｐが１．９ｍｍ以下であれば、Ｐ／Ｒを１．６〜２．３の範囲に設定すれば、合計の照度偏差を２０％以下にすることができる。
なお、図１０、及び図１１は、Ｈ／Ｌ≧１とした場合の結果である。
図１０より、照度偏差が１０％以下になる領域は、Ｐ／Ｒが１．６〜２．３程度の範囲、照度偏差が２０％以下の領域はＰ／Ｒが１．３〜２．８５の範囲となる。ただし、図１０はＰ≦０．７５ｍｍでの結果である。
円筒レンズの間隔（ピッチ）Ｐが０．７５ｍｍより大きくなると、照度偏差は図１０に示す値より大きくなる。図１１に、原稿なしの場合に検出される主走査方向の照度分布の偏差とＰとの関係を計算した結果を示す。図１１において、例えば、Ｐ＝１．９ｍｍでは照度偏差が１３％であり、Ｐ≦０．７５ｍｍでの照度偏差３％との差分１０％が、図１０の曲線に加算される。従って、円筒レンズの間隔Ｐが１．９ｍｍ以下であれば、Ｐ／Ｒを１．６〜２．３の範囲に設定すれば、合計の照度偏差を２０％以下にすることができる。
なお、図１０、及び図１１は、Ｈ／Ｌ≧１とした場合の結果である。
以上の結果より、円筒レンズの間隔Ｐが０．７５ｍｍ以下であれば、Ｐ／Ｒを１．３〜２．８５の範囲、望ましくはＰ／Ｒを１．６〜２．３の範囲に、円筒レンズの間隔Ｐが０．７５ｍｍより大きい場合であれば、Ｐ／Ｒの範囲を、より照度偏差の小さい範囲に設定することにより、照度偏差を所定値以下に抑えることができ、原稿がない場合でも主走査方向の照度分布を照度変動が少ない状態で観測することができる。
実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３に係る画像読取装置の斜視図、図１３は本発明の実施の形態３による画像読取装置の副走査方向の断面構成図である。原稿１は、しわやそりのため、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間隔が狭いと、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３間を通過することができない。そこで、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３の間隔を１〜２ｍｍ程度開ける必要がある。原稿１の濃淡を正確に読み取るためには、このような間隔を有する第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間において、光軸方向（深度方向）に均一な照度の照明を行う必要がある。
また、照明光学系の光軸と読取光学系の光軸とを軸合わせは、装置組み立ての精度に依存し、ある程度の軸ずれ、たとえば±１ｍｍ程度のずれを許容すると、原稿１の濃淡を正確に読取るためには、副走査方向において、この範囲（±１ｍｍ程度）で均一な照度の照明を行う必要がある。
すなわち、深度方向及び副走査方向での照度を、原稿読取位置近傍の所定の領域で均一化する必要がある。
本実施の形態では、図１２及び図１３に示すように、導光体５の副走査方向の断面形状を、ＬＥＤ４側が狭い台形形状にしており、このような構成によって、原稿読取位置近傍の所定の領域、すなわち、照明光学系の出射面近傍の所定の領域を均一強度で照射することができる。
なお、本実施の形態の導光体５の出射面には、実施の形態１及び実施の形態２で述べたと同様の円筒レンズアレイ１３が形成されている。
図１２は本発明の実施の形態３に係る画像読取装置の斜視図、図１３は本発明の実施の形態３による画像読取装置の副走査方向の断面構成図である。原稿１は、しわやそりのため、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間隔が狭いと、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３間を通過することができない。そこで、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３の間隔を１〜２ｍｍ程度開ける必要がある。原稿１の濃淡を正確に読み取るためには、このような間隔を有する第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間において、光軸方向（深度方向）に均一な照度の照明を行う必要がある。
また、照明光学系の光軸と読取光学系の光軸とを軸合わせは、装置組み立ての精度に依存し、ある程度の軸ずれ、たとえば±１ｍｍ程度のずれを許容すると、原稿１の濃淡を正確に読取るためには、副走査方向において、この範囲（±１ｍｍ程度）で均一な照度の照明を行う必要がある。
すなわち、深度方向及び副走査方向での照度を、原稿読取位置近傍の所定の領域で均一化する必要がある。
本実施の形態では、図１２及び図１３に示すように、導光体５の副走査方向の断面形状を、ＬＥＤ４側が狭い台形形状にしており、このような構成によって、原稿読取位置近傍の所定の領域、すなわち、照明光学系の出射面近傍の所定の領域を均一強度で照射することができる。
なお、本実施の形態の導光体５の出射面には、実施の形態１及び実施の形態２で述べたと同様の円筒レンズアレイ１３が形成されている。
図１４は導光体５の副走査方向の断面形状が長方形であるときの、原稿面での照度分布の光線追跡による計算結果例であり、図１５は導光体の副走査方向の断面形状が、ＬＥＤ４側が狭い台形形状であるときの、原稿面での照度分布の光線追跡による計算結果例である。
図１４及び図１５において、横軸は副走査方向での読取中心（光軸とほぼ一致）からの距離、縦軸は光強度（相対値）、ｄは第２のカバーガラス３の上面からの距離を示す。
図１４において照度分布は、副走査方向に対し、読取中心の照度が高く、両側に向けて照度が低下している。また、中心照度に関しては、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍで大きく変化しており、ｄ＝１ｍｍの照度を基準にすると±４０％程度の照度差が発生している。これに対して、図１５において照度分布は、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍのいずれも、副走査方向に対し、中心から±１ｍｍ以内の領域でほぼ均一の光強度が得られており、照度もｄ＝１ｍｍの照度を基準にして±１０％以内の照度差に収まっている。
図１４及び図１５において、横軸は副走査方向での読取中心（光軸とほぼ一致）からの距離、縦軸は光強度（相対値）、ｄは第２のカバーガラス３の上面からの距離を示す。
図１４において照度分布は、副走査方向に対し、読取中心の照度が高く、両側に向けて照度が低下している。また、中心照度に関しては、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍで大きく変化しており、ｄ＝１ｍｍの照度を基準にすると±４０％程度の照度差が発生している。これに対して、図１５において照度分布は、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍのいずれも、副走査方向に対し、中心から±１ｍｍ以内の領域でほぼ均一の光強度が得られており、照度もｄ＝１ｍｍの照度を基準にして±１０％以内の照度差に収まっている。
このように、導光体５の副走査方向の断面形状が、ＬＥＤ４側が狭い台形形状であると、深度方向、副走査方向での照度を必要な範囲で均一化することができる。
図１６は本発明の実施の形態３に係る導光体の短軸方向（副走査方向）の断面構成図である。導光体５の出射面には円筒レンズアレイ１３が形成されている。また、光源からの光が入射する導光体５の入射面に垂直な面と、長軸方向（主走査方向）に沿った導光体側面との角度（図１６においては、底辺に垂直な線に対する斜辺の角度）をθとする。
以下に、θの最適値に関して詳細に示す。図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれθを３度、５度、７度にした場合の副走査方向の照度分布を示す。３度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍでの副走査方向中心位置での照度分布はほぼ一致しているが、ｄ＝２ｍｍで副走査方向の均一領域が狭くなっている。一方、７度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍとも副走査方向の均一領域が±３ｍｍ程度にまで広がっているが、深度方向の照度が±１０％程度変化している。従って、θは５度を中心とした領域が望ましい。深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±２０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で２０％以内とすると、θは３度〜１０度の範囲とすればよい。また、深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±１０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で１０％以内とすると、θは３度〜７度の範囲とすればよい。
以下に、θの最適値に関して詳細に示す。図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれθを３度、５度、７度にした場合の副走査方向の照度分布を示す。３度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍでの副走査方向中心位置での照度分布はほぼ一致しているが、ｄ＝２ｍｍで副走査方向の均一領域が狭くなっている。一方、７度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍとも副走査方向の均一領域が±３ｍｍ程度にまで広がっているが、深度方向の照度が±１０％程度変化している。従って、θは５度を中心とした領域が望ましい。深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±２０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で２０％以内とすると、θは３度〜１０度の範囲とすればよい。また、深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±１０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で１０％以内とすると、θは３度〜７度の範囲とすればよい。
なお、図１７は、第２のカバーガラス３の厚みが２ｍｍ、ｄ＝０〜２ｍｍの場合の計算結果を示すものであり、原稿読取位置と導光体の出射面との距離を、光学長にして少なくとも１．４ｍｍ以上、３．４ｍｍ以下の領域にし、θを３度〜１０度、望ましくは３度〜７度にすれば、読取精度の高い装置が得られる。また、導光体５の出射面には円筒レンズアレイ１３が形成されているので、原稿がない場合でも主走査方向の照度分布を照度変動が少ない状態で観測することができる。
原稿読取位置と導光体の出射面との距離が図１７の例と異なる場合にも、上記θを所定の角度に設定すれば、原稿読取位置近傍での照度が深度方向及び副走査方向で均一化でき、原稿位置が原稿読取位置の領域内で変動しても、同じ明るさの照明が可能となり、原稿の濃淡を正確に検出することができる。
なお、上記各実施の形態では、光源であるＬＥＤとして１色のみについて説明したが、カラー原稿等の読取のために複数色のＬＥＤを交互に配置しても良い。この場合、ＬＥＤの間隔Ｌは１色毎と考える。
また、上記各実施の形態では読取光学系としてロッドレンズアレイを用いた構成を示したが、読取光学系として複数のレンズ、ミラーの組み合わせによる構成でも同様の効果を奏する。
１ 原稿、２ 第１のカバーガラス、３ 第２のカバーガラス、４ 光源、５ 導光体、６ ロッドレンズアレイ、７ ラインセンサＩＣ、８ センサ基板、９ プラテン、１０ ＬＥＤ基板、１１ 光線、１２ 読取位置、１３ 円筒レンズアレイ。
Claims (7)
- 原稿の主走査方向に線状に配列する複数の光源と、上記複数の光源からの光を透過させる導光体とを有する照明光学系、上記原稿を上記主走査方向に直交する副走査方向に移動させると共に、上記複数の光源からの光が出射する上記導光体の出射面近傍に設定された原稿読取位置を、上記原稿が通過するようにする原稿移送制御系、及び上記主走査方向に並ぶ複数の結像光学系と受光素子とより構成され、上記原稿読取位置にある原稿を透過した光を読取る画像読取光学系を備え、上記複数の光源からの光が出射する上記導光体の出射面に、上記副走査方向に沿った尾根線を有すると共に、上記尾根線が上記主走査方向に複数並ぶ円筒レンズアレイを形成したことを特徴とする画像読取装置。
- 原稿読取位置は、導光体の出射面より、光学長にして１．４ｍｍ〜３．４ｍｍ離れた位置に設定されていることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
- 円筒レンズアレイは、円筒レンズがその円筒軸方向に平行な側面で互いに密接配置された構成であることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
- 円筒レンズアレイは、円筒レンズの間隔Ｐ、上記円筒レンズの曲率半径Ｒに対して、Ｐ／Ｒが１．３〜２．８５であることを特徴とする請求項３記載の画像読取装置。
- 円筒レンズアレイは、円筒レンズの間隔Ｐ、上記円筒レンズの曲率半径Ｒに対して、Ｐ／Ｒが１．６〜２．３であることを特徴とする請求項３記載の画像読取装置。
- 導光体は、副走査方向の断面形状が、光源側が狭い台形形状であることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
- 光源からの光が出射する導光体の出射面と原稿読取位置との距離が、光学長にして１．４〜３．４ｍｍであり、上記光源からの光が入射する上記導光体の入射面に垂直な面と、主走査方向に沿った導光体側面との角度θが、３度〜１０度の範囲であることを特徴とする請求項６記載の画像読取装置。
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