WO2007029377A1 - 画像読取装置 - Google Patents

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WO2007029377A1
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Tatsuki Okamoto
Hiroshi Hasegawa
Kazuya Makabe
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Mitsubishi Electric Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to an image reading apparatus, and more particularly to an illumination optical system thereof.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-232648
  • the present invention has been made to solve an enormous problem, and provides an image reading apparatus in which a large number of light sources are arranged to increase illumination illuminance and easily adjust the illuminance level. For the purpose.
  • An image reading apparatus includes an illumination optical system including a plurality of light sources arranged linearly in a main scanning direction of a document, and a light guide that transmits light of the plurality of light source powers, The original is moved in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction, and the original passes through the original reading position set in the vicinity of the exit surface of the light guide where the light of the plurality of light sources is emitted. And a plurality of imaging optical systems arranged in the main scanning direction and a light receiving element, and transmits light transmitted through the document at the document reading position.
  • An image reading optical system for reading and having a ridge line along the sub-scanning direction on an emission surface of the light guide from which light from the plurality of light sources is emitted, and a plurality of the ridge lines in the main scanning direction.
  • a cylindrical lens array is formed.
  • the image reading apparatus of the present invention can increase the illuminance on the original surface, and can observe the illuminance distribution in the main scanning direction with little fluctuation in illuminance even when there is no original, so that the illuminance level can be adjusted. An image reading apparatus that is easy can be obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view of an image reading apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram in the sub-scanning direction of the image reading apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional configuration diagram in the main scanning direction of the image reading apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an illuminance distribution in the main scanning direction when the light exit surface of the light guide is a flat surface.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional configuration diagram in the main scanning direction of the image reading apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the cylindrical lens array according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing an illuminance distribution in the main scanning direction of the image reading apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing the calculation result of the illuminance distribution when the height H of the light guide according to Embodiment 1 of the present invention is changed.
  • FIG. 9 is a cross-sectional configuration diagram showing a part in the main scanning direction of the light guide according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a dimension of a cylindrical lens array according to Embodiment 2 of the present invention and a deviation in illuminance distribution.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the dimensions of a cylindrical lens array according to Embodiment 2 of the present invention and the deviation in illuminance distribution.
  • FIG. 12 is a perspective view of an image reading apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional configuration diagram in the sub-scanning direction of an image reading apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing the calculation result of the illuminance distribution on the document surface when the cross-sectional shape of the light guide in the sub-scanning direction is a rectangle.
  • FIG. 15 is a diagram showing the calculation result of the illuminance distribution on the document surface of the light guide according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional configuration diagram in the sub-scanning direction of the light guide according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing a calculation result of the illuminance distribution when ⁇ of the light guide according to Embodiment 3 of the present invention is changed.
  • FIG. 1 to 3 are diagrams showing an image reading apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view
  • FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram in the sub-scanning direction (YZ plane)
  • FIG. 4 is a cross-sectional (XZ plane) configuration diagram showing a part in the main scanning direction orthogonal to the direction.
  • the X direction is the main scanning direction
  • the Y direction is the sub-scanning direction
  • the Z direction is the optical axis direction.
  • the image reading apparatus includes an illumination optical system and a document transfer control system that moves the document 1 in the sub-scanning direction and holds the document 1 so that the document 1 always passes the document reading position 12. And a reading optical system.
  • the document transport control system includes, for example, cover glasses 2 and 3 that sandwich the document 1 and a platen 9. By driving the platen 9 and the like, the document 1 moves in the document feed direction (sub-scanning direction) indicated by an arrow A through the space between the first cover glass 2 and the second cover glass 3.
  • the illumination optical system includes a plurality of light sources 4 configured by linearly arranging a plurality of LEDs in the main scanning direction, a substrate 10 on which the plurality of light sources 4 are mounted, the main scanning direction as a major axis direction, The light beam 11 from the light source 4 is transmitted through the light guide 5 and then illuminates one surface of the document through the second cover glass 3. .
  • the reading optical system includes a plurality of imaging optical systems (rod lens arrays) 6 arranged in the main scanning direction, and a sensor substrate 8 on which a plurality of light receiving elements (line sensors) IC7 arranged in the main scanning direction are mounted.
  • the reading position (image reading line) 12 of the line sensor IC7 is set in the main scanning direction. Of the light that passes through the document 1, the light on the reading position 12 (reading light) is transferred one-to-one to the line sensor IC7 by the rod lens array 6 and converted into an electric signal by the line sensor IC7. Is done.
  • the illumination optical system and the reading optical system are arranged in a region having a length equal to or greater than the width of the document 1 (width in the main scanning direction) in the main scanning direction.
  • the LEDs 4 are arranged at a predetermined interval so that the illuminance in the main scanning direction is uniform on the original document.
  • the reading optical system sequentially reads the image (information) of document 1 at reading position 12 and finally converts the information on the entire document surface into an electrical signal. To be done.
  • the reading position 12 is set in the vicinity of the exit surface of the light guide from which light from the light source exits.
  • the document 1 is sandwiched between the first cover glass 2 and the second cover glass 3 so that the document 1 It is controlled to pass through the reading position 12.
  • FIG. 4A is a diagram showing the illuminance distribution in the main scanning direction on the document surface in the image reading apparatus configured as described above.
  • the illuminance fluctuation in the main scanning direction is 10% or less, and a good illuminance distribution is obtained.
  • Figure 4 (b) shows the calculated illuminance in the main scanning direction observed by the reading optical system when there is no document.
  • the illuminance fluctuation is about 60%, which makes it difficult to use as the reference illuminance for adjusting the illuminance level.
  • the cause of the illuminance fluctuation is as follows. That is, when there is a document, the light from the light source 4 is scattered by the document 1, so that the light beam passing through the document reading position 12 has a uniform angular distribution in the main scanning direction, but there is no document.
  • the light beam passing through the document reading position 1 2 has a different angular distribution between the light source 4 and the light source 4. Since the rod lens array 6 of the reading optical system has a finite aperture angle, the amount of light that can be transmitted through the rod lens array 6 is the principal when light passing through the document reading position has a different angular distribution in the main scanning direction. It depends on the position in the scanning direction. As a result, the illuminance detected in the main scanning direction varies greatly.
  • a cylinder having a plurality of ridge lines parallel to the sub-scanning direction on the exit surface of the light guide 5 Lens array 13 was formed.
  • the cylindrical lens array 13 acts on the light beams emitted from the plurality of light sources (LEDs) 4, and controls the directivity distribution of the light beams passing through the document reading position in the main scanning direction.
  • LEDs light sources
  • FIG. Fig. 6 (a) shows the case where the exit surface of the light guide 5 is a flat surface (conventional configuration), and Fig. 6 (b) shows the case where the cylindrical lens array 13 is formed on the exit surface of the light guide 5 (this The light flux from the light source 4 of the invention is shown.
  • the rod lens arrays 6 constituting the reading optical system one rod lens array 6A directly above the light source 4a will be noted and described.
  • FIG. 7 shows the illuminance distribution when the cylindrical lens array 13 is formed on the light exit surface of the light guide 5.
  • Fig. 7 (a) shows the illuminance distribution on the document surface when there is a document
  • Fig. 7 (b) shows the illuminance distribution observed by the reading optical system when there is no document.
  • the illuminance distribution when there is a document is as good as 10% or less in the main traveling direction, as in the case where the light exit surface of the light guide 5 is flat.
  • the main scanning illuminance distribution detected when there is no document is 5% or less, and an excellent illuminance distribution is obtained.
  • each cylindrical lens constituting the cylindrical lens array 13 has side surfaces parallel to the cylindrical axis direction.
  • the lenticular lens may be affixed by direct molding on the exit surface of the light guide 5 by injection molding, or a force that closely arranges a lenticular lens film formed by printing.
  • the same effect can be achieved with the concave cylindrical lens array shown in the convex cylindrical lens array.
  • the illuminance fluctuation in the main scanning direction when there is a document is 10% or less, but when there is a document.
  • L the spacing in the arrangement direction (main scanning direction) in which the light sources (LEDs) 4 are arranged
  • H the height of the light guide 5 in the optical axis direction.
  • HZL should be set to a predetermined value. The relationship between H and L is shown in detail below.
  • Fig. 8 is a diagram showing the illuminance distribution when L is constant and H is changed, and shows the illuminance distribution in the main running direction on the document surface obtained by ray tracing calculation.
  • the deviation of the illuminance distribution at HZL 1.5 in Fig.
  • the illumination distribution in the main scanning direction should be 20% or less, preferably 10% or less. Therefore, by setting the height H of the light guide to H / L ⁇ l / 2, preferably HZL ⁇ 1, it is possible to obtain a good illuminance distribution on the document surface when there is a document, High-precision reading is possible. Even when L was changed, the same calculation result was obtained with respect to the relationship between the height H of the light guide 5 and the illuminance distribution in the main scanning direction.
  • the cylindrical lens array 13 is formed on the exit surface of the light guide 5 and the height H of the light guide is H / L ⁇ l / 2, preferably HZL ⁇ 1.
  • the illuminance distribution in the main scanning direction becomes uniform with or without a document.
  • FIG. 9 is a cross-sectional (XZ plane) configuration diagram showing a part in the main scanning direction of the light guide according to Embodiment 2 of the present invention, and shows the cylindrical lens array 13 formed on the exit surface of the light guide 5. It is a figure which shows details.
  • a cylindrical lens array 13 is formed on the light exit surface of the light guide 5 and the curvature of each cylindrical lens.
  • R be the rate
  • P be the cylindrical lens spacing (pitch)
  • D be the thickness of the cylindrical lens in the optical axis direction.
  • FIG. 10 shows the result of calculating the relationship between the ratio PZR of the cylindrical lens interval (pitch) P to the curvature R of the cylindrical lens and the deviation of the illuminance distribution in the main scanning direction detected when there is no document.
  • the thickness D and the radius of curvature R of the cylindrical lens are selected so that the cylindrical lenses are in close contact with each other on the side surface parallel to the cylindrical axis direction.
  • FIG. 11 shows the calculation result of the relationship between the deviation of the illuminance distribution in the main scanning direction detected when there is no document and P.
  • Figures 10 and 11 show the results when HZL ⁇ 1.
  • the PZR is in the range of 1.3 to 2.85, preferably the PZR is in the range of 1.6 to 2.3. If the lens spacing P is greater than 0.75 mm, setting the PZR range to a range with a smaller illuminance deviation can reduce the illuminance deviation to a predetermined value or less, even when there is no document. The illuminance distribution in the main scanning direction can be observed with little illuminance fluctuation.
  • FIG. 12 is a perspective view of an image reading apparatus according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. 13 is a sectional configuration diagram in the sub-scanning direction of the image reading apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • Document 1 cannot pass between the first cover glass 2 and the second cover glass 3 if the distance between the first cover glass 2 and the second cover glass 3 is narrow due to wrinkles or warpage. . Therefore, the distance between the first force bar glass 2 and the second cover glass 3 must be about 1 to 2 mm.
  • illumination with uniform illuminance in the optical axis direction (depth direction) is provided between the first cover glass 2 and the second cover glass 3 having such an interval. Do There is a need.
  • the alignment of the optical axis of the illumination optical system and the optical axis of the reading optical system depends on the accuracy of the assembly of the device. In order to read accurately, it is necessary to perform illumination with uniform illuminance within this range (about ⁇ lmm) in the sub-scanning direction.
  • the cross-sectional shape of the light guide 5 in the sub-scanning direction is a trapezoidal shape that is narrow on the LED 4 side.
  • a predetermined region that is, a predetermined region near the exit surface of the illumination optical system can be irradiated with uniform intensity.
  • a cylindrical lens array 13 similar to that described in the first and second embodiments is formed on the exit surface of the light guide 5 of the present embodiment.
  • FIG. 14 is an example of a calculation result by ray tracing of the illuminance distribution on the document surface when the cross-sectional shape of the light guide 5 is a rectangle
  • FIG. 15 is a sub-scan direction of the light guide. This is an example of a calculation result by ray tracing of the illuminance distribution on the document surface when the LED4 side has a narrow trapezoidal shape.
  • the horizontal axis is the distance from the reading center (substantially coincident with the optical axis) in the sub-scanning direction
  • the vertical axis is the light intensity value
  • d is the distance from the upper surface of the second cover glass 3.
  • the illuminance decreases toward the both sides where the illuminance at the reading center is high in the sub-scanning direction.
  • the cross-sectional shape of the light guide 5 in the sub-scanning direction is a trapezoidal shape that is narrow on the LED 4 side.
  • the illuminance in the depth direction and the sub-scanning direction can be made uniform within a necessary range.
  • FIG. 16 is a cross-sectional configuration diagram in the minor axis direction (sub-scanning direction) of the light guide according to Embodiment 3 of the present invention.
  • a cylindrical lens array 13 is formed on the exit surface of the light guide 5. Also, the angle between the surface perpendicular to the incident surface of the light guide 5 on which light from the light source enters and the side surface of the light guide along the major axis direction (main scanning direction) (in FIG. 16, it is perpendicular to the bottom side). The angle of the hypotenuse with respect to a straight line is 0.
  • Figures 17 (a), (b), and (c) show the illuminance distribution in the sub-scanning direction when 0 is set to 3 °, 5 °, and 7 °, respectively.
  • d Omm
  • d l mm
  • d l mm
  • the allowable range of illuminance variation in the depth direction is within ⁇ 10% and the allowable range of illuminance variation in the sub-scanning direction is within 10% within ⁇ lmm from the center, 0 is 3 degrees to 7 degrees It may be in the range.
  • the distance between the document reading position and the light exit surface of the light guide is shown as follows. If the optical length is at least 1.4 mm or more and 3.4 mm or less and ⁇ is set to 3 to 10 degrees, preferably 3 to 7 degrees, a device with high reading accuracy can be obtained. In addition, since the cylindrical lens array 13 is formed on the exit surface of the light guide 5, the illuminance distribution in the main scanning direction can be observed with little fluctuation in illuminance even when there is no document.

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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

明 細 書
画像読取装置
技術分野
[0001] 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。
背景技術
[0002] 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。 ) oこのような構成の照明装置力 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。
[0003] 特許文献 1:特開 2002— 232648号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、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 、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。
[0005] 本発明は、力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。
課題を解決するための手段
[0006] 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、上記複数の光源力 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 力も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。
発明の効果
[0007] 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。 図面の簡単な説明
[0008] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る画像読取装置の斜視図である。
[図 2]本発明の実施の形態 1に係わる画像読取装置の副走査方向の断面構成図で ある。
[図 3]本発明の実施の形態 1に係わる画像読取装置の主走査方向の一部の断面構 成図である。
[図 4]導光体の出射面が平面の場合の、主走査方向の照度分布を示す図である。
[図 5]本発明の実施の形態 1による画像読取装置の主走査方向の一部の断面構成 図である。
[図 6]本発明の実施の形態 1に係わる円筒レンズアレイによる作用を説明する図であ る。
[図 7]本発明の実施の形態 1による画像読取装置の主走査方向の照度分布を示す 図である。
[図 8]本発明の実施の形態 1に係る導光体の高さ Hを変化させた場合の照度分布の 計算結果を示す図である。
[図 9]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構成 図である。
[図 10]本発明の実施の形態 2に係る円筒レンズアレイの寸法と照度分布の偏差との 関係を示す図である。
[図 11]本発明の実施の形態 2に係る円筒レンズアレイの寸法と照度分布の偏差との 関係を示す図である。 [図 12]本発明の実施の形態 3に係る画像読取装置の斜視図である。
[図 13]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。
[図 14]導光体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 の計算結果を示す図である。
[図 15]本発明の実施の形態 3に係わる導光体の原稿面での照度分布の計算結果を 示す図である。
[図 16]本発明の実施の形態 3に係る導光体の副走査方向の断面構成図である。
[図 17]本発明の実施の形態 3に係る導光体の Θを変化させた場合の照度分布の計 算結果を示す図である。
符号の説明
[0009] 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。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 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 查方向の幅)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〖こなる。
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。 [0012] 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 走査方向に亘つ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 1 2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。
[0013] 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ァ 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 (L ED) 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、出射面全面に亘つ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。
[0014] 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 、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 ±ひとし、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力も放射された光線 力 S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に導かれる力 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に導かれる力 L ED4aに隣接する LED5b力も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に導かれる光線力 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 、場合でも均一な照度分布を観測することができる。
[0015] 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 查方向で 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 でさるよう〖こなる。
[0016] 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ぐ円筒レンズアレイ 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力、貼り付け ても良い。 [0017] 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力 凹面の円 筒レンズアレイでも同様の効果を奏する。
[0018] 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、 HZL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 查方向の照度分布を示す。図 8 (a)は、 L= 10mm、H = 5mm、図 8 (b)は、 L= 10 mm、 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 ZL=lZ2における照度分布の偏差(MAX— MIN)Z(MAX+MIN)は約 20% であり、図 8 (b)の HZL= 1における照度分布の偏差は 10%、図 8 (c)の HZL= 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≥l/2,望ましくは HZL≥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。
[0019] 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≥l/2,望ましくは HZL≥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。
[0020] 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。
[0021] 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 PZR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 、る。
図 10より、照度偏差が 10%以下になる領域は、 PZRが 1. 6〜2. 3程度の範囲、 照度偏差が 20%以下の領域は PZR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= l. 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%力 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、 PZR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、 HZL≥1とした場合の結果である。
[0022] 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、 PZRを 1. 3〜2 . 85の範囲、望ましくは PZRを 1. 6〜2. 3の範囲に、円筒レンズの間隔 Pが 0. 75m mより大きい場合であれば、 PZR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。
[0023] 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の力 バーガラス 2と第 2のカバーガラス 3の間隔を l〜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 ± lmm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(± lmm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。
[0024] 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 力 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、縦軸は光強度湘対値)、 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ぐ両側に向 けて照度が低下している。また、中心照度に関しては、 d=Omm、 d= lmm、 d= 2m mで大きく変化しており、 d= lmm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= lmm、 d= 2 mmのいずれも、副走査方向に対し、中心から ± lmm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= lmmの照度を基準にして ± 10%以内の照度差に 収まっている。
[0025] 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。
[0026] 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 0とする。
以下に、 0の最適値に関して詳細に示す。図 17 (a) , (b) , (c)にそれぞれ 0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=Omm、 d= l mm、 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力 d= 2mmで副走査方向の均一領域が狭くなつている。一方、 7度では、 d=0mm、 d= l mm、 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力 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 ± lmm以内で 20%以内とすると、 Θは 3度〜 1 0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 ± lmm以内で 10%以 内とすると、 0は 3度〜 7度の範囲とすればよい。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。

Claims

請求の範囲
[1] 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つ 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ァ レイを形成したことを特徴とする画像読取装置。
[2] 原稿読取位置は、導光体の出射面より、光学長にして 1. 4mn!〜 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。
[3] 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。
[4] 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
ZR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。
[5] 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
ZR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。
[6] 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。
[7] 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力 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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