JP2010178143A - 照明装置及びそれを用いた画像読取装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 原稿が平面でない場合に正反射した光束があった場合でも、輝点写り込みによる濃度ムラを抑制し、高画質な画像読取りを可能にした小型で高効率な照明装置及びそれを用いた画像読取装置を得ること。
【解決手段】 被照射面に配置された画像情報を読取光学系を介してラインセンサの上に結像させ、画像情報を得る画像読取装置に用いられる、画像情報を照明するための照明装置であって、照明装置は複数の発光素子が主走査方向に配列された光源手段と光源手段と被照射面との間に配置され、光源手段から出射した光束であって画像情報を直接照明する光束以外の一部の光束を光源手段側へ反射させる反射手段と複数の発光素子が配列されている側で複数の発光素子の間を含む面内に配置され、反射手段で反射された光束を被照射面側へ反射させる再帰反射手段とを有すること。
【選択図】 図1

Description

本発明は照明装置及びそれを用いた画像読取装置に関する。特に、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して線順次方式で画像読取を行う機器に好適なものである。
一般に、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなど、原稿面を照明して線順次方式で画像読取を行う画像読取装置に用いられる照明装置は蛍光灯などの管状(線状)光源を用いて原稿面を照明する。
図8は照明装置(照明系)として管状(線状)光源を用いたキャリッジ方式の画像読取装置の要部断面図である。
同図において、主走査方向に長い管状光源(照明装置)813から射出された照明光は原稿台ガラス801上に置かれた原稿(原稿面)802を照明する。原稿面802で反射した画像情報を有した反射光束は複数の反射ミラー808を介してキャリッジ812内部でその光束の光路が折り曲げられている。そして光路が折り曲げられた光束を読取光学系809により1次元光電変換素子(CCD)810面上に結像させている。そしてキャリッジ812をモータ811等の駆動装置により図8に示す矢印方向(副走査方向)に移動させて原稿802の画像を線順次読取方式で読み取っている。
この種の画像読取装置において、管状光源としては、冷陰極蛍光管やキセノン管などが主に用いられている。キセノン管は光量の安定性が良いため、業務用機器として多用されているが、製作が難しい。そのため、特に家庭用機器としては、製作が容易な冷陰極管が多用されている。
また、昨今の技術開発の結果、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下、「LED」と称す)の発光効率が向上し、LEDを使い線状照明装置とする技術が開示されている。
光源手段としてLEDのような点光源を用いる場合は、複数の点光源を主走査方向に配列する構成により、光量増加を図るのが一般的である。
しかしながら、複数のLEDを主走査方向にアレイ状に配置した構成の場合、各LEDから出射された光束で原稿面に直接照明すると、主走査方向において照度ムラが生じ、読み取った画像に濃度ムラが発生する。
この照度ムラの発生を抑制し、LEDを光源手段として用いた画像読取装置が従来より種々と提案されている(特許文献1、2参照)。
特許文献1における画像読取装置は、光源手段と被対象物との間に、光束(光線)をランダムに拡散する光拡散部を設けることで、照度ムラを解消している。
特許文献2における画像読取装置は、複数の点光源を直線状に配列した光源手段から発光した光束と、この光束のうち被対象物で正反射した光束をリフレクターで再度被対象物に照明することで、照度分布を均一化している。
特開2005−156600号公報 特開2006−245955号公報
しかしながら、特許文献1では、光束をランダムに拡散してしまうために、所望の被照明領域外に拡散してしまう光束が多く、光の利用効率が悪い。また、光源手段と被対象物との間に光拡散部が必要となり、照度ムラを十分に抑制するには、光源手段と光拡散部の距離を大きくする必要があり、照明装置が大型化してしまう。
特許文献2では、LEDをアレイ状に配置することで光量は十分確保できている。しかしながら、光源手段により照明された原稿の正反射光を再度反射するようリフレクターを配置し、リフレクターの角度を主走査方向に偏向して再度原稿を照明している。そのため、原稿の表面状態によっては、照度ムラを十分に抑制できない場合も発生する。
更に、光沢のある原稿がカールした状態の場合やCD-ROMのような僅かな立体物の場合に、原稿で正反射した光束が読取光学系を通ってラインセンサ(CCD)上に結像し、読み取った画像に濃度ムラが発生してしまう。
この濃度ムラは、光源手段としてのLEDアレイ(複数のLEDが直線状に配置されたLED光源)の像が適度に拡散されずに点像のようにラインセンサ上に写り込む現象(以下、「輝点写り込み」と称す。)で、読取画像の品質を大きく損なうものである。
以下、図9を用いて輝点写り込みの課題を詳細に説明する。図9は、LEDアレイを用いた一般的な画像読取装置の主要部分についての要部断面図である。
同図においてLEDアレイ(LED光源)906から出射した光束が、照明装置(照明系)の一要素を構成する導光体914を介して原稿台ガラス901上の原稿(原稿面)902を照明する。このとき、原稿902が平面であれば、正反射光は点線の矢印の方向に向かい読取光学系(結像レンズ)909の入射瞳915には向かわず、輝点写り込みは発生しない。
しかしながら、原稿915のようなカールした原稿の場合、正反射光はちょうど実線の矢印で示すように平面原稿902の拡散反射光が通る光路を通って読取光学系909の入射瞳915に入射してしまう。その結果、LEDアレイ906の像がラインセンサ910上に結像してしまう。
特に、光沢のある紙やプラスチックなどの滑らかな表面を有した原稿の場合、LEDアレイ906の発光点からの直接光がちょうど鏡で反射されるように原稿面で折り返され、それが読取光学系909でラインセンサ910上に結像してしまう。その結果、読取画像の中で一部分が明るい輝点となって写りこんでしまう、所謂輝点写り込みが生じ、読取画像の品質を大きく損なうという問題点があった。
本発明は原稿が平面でない場合に正反射した光束があった場合でも、輝点写り込みによる濃度ムラを抑制し、高画質な画像読取りを可能にした小型で高効率な照明装置及びそれを用いた画像読取装置の提供を目的とする。
本発明の照明装置は、
被照射面に配置された画像情報を、読取光学系を介して複数の受光素子が主走査方向に配列されたラインセンサの上に結像させ、前記画像情報を得る画像読取装置に用いられる、前記画像情報を照明するための照明装置であって、
前記照明装置は、複数の発光素子が主走査方向に配列された光源手段と、
前記光源手段と前記被照射面との間に配置され、前記光源手段から出射した光束であって、前記画像情報を直接照明する光束以外の一部の光束を、前記光源手段側へ反射させる反射手段と、
前記複数の発光素子が配列されている側で前記複数の発光素子の間を含む面内に配置され、前記反射手段で反射された光束を、前記被照射面側へ反射させる再帰反射手段と、を有すること特徴としている。
本発明によれば原稿が平面でない場合に正反射した光があった場合でも、輝点写り込みによる濃度ムラを抑制し、高画質な画像読取りを可能にした小型で高効率な照明装置及びそれを用いた画像読取装置を達成することができる。
本発明の照明装置は、LED等の複数の発光素子が主走査方向に配列された光源手段を有している。そして光源手段と被照射面との間に配置され、光源手段から出射した光束であって、画像情報を直接照明する光束以外の一部の光束を、光源手段側へ反射させる反射手段とを有している。さらに複数の発光素子が配列されている側で複数の発光素子の間を含む面内に配置され、反射手段で反射された光束を、被照射面側へ反射させる再帰反射手段とを有している。
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
図1は本発明の実施例1の照明装置(照明系)の副走査方向の要部断面図(副走査断面図)である。
尚、以下の説明において、ラインセンサで画像を読み取る方向を主走査方向(X方向)、読取光学系の光軸と主走査方向を含む面を主走査断面、主走査方向に直交し、画像を読み取る方向を副走査方向(Y方向)、主走査断面と直交する断面を副走査断面とする。
同図において、101は原稿台(原稿台ガラス)であり、その面上に被照射物体(原稿)102が配置されている。
106は光源手段であり、複数の発光素子(LED)が主走査方向に所定間隔で配列されたLEDアレイ(光源アレイ)より成り、基板105に実装されている。
103は反射板であり、LEDアレイ106から出射された光束の一部を原稿102側へ反射している。
104は反射手段であり、LEDアレイ106と原稿102との間に配置されている。反射手段104はLEDアレイ106から出射した光束であって、画像情報を直接照明する光束以外の一部の光束(原稿照明に寄与しない光束)121をLEDアレイ106側(光源手段側)へ反射している。
107は再帰反射手段であり、複数の発光素子が配列されている側で複数の発光素子の間を含む面内に配置され、反射手段104で反射された光束を、原稿102側(被照射面側)へ反射している。
108はスリットであり、原稿102で反射された画像情報に基づく反射光束を規制している。
尚、LEDアレイ106、反射手段104、再帰反射手段107、そして反射板103等の各要素は照明装置(照明系)LBの一要素を構成している。
本実施例において、LEDアレイ106から出射した光束は、直接原稿102を照明すると同時に、反射板103を介して原稿102を照明する。
一方、原稿照明に寄与しない光束121の一部は、反射手段104に到達(入射)後、LEDアレイ106側に向けて反射される。LEDアレイ106の同列には再帰反射手段107が配置されており、反射手段104で反射された光束が再帰反射手段107に到達後、原稿102側に向けて反射される。そして再帰反射手段107で反射された光束は、直接原稿102を照明すると同時に、反射板103を介して原稿102を照明する。
そして、これらの照明光束で照明された原稿102の画像情報に基づく光束は、複数の反射ミラー(不図示)を介して本体内部でその光束の光路が折り曲げられる。そして読取光学系(不図示)によりラインセンサ(CCD)の上に結像される。そしてラインセンサからの信号を用いて原稿面上の画像情報が読み取られる。
次に本実施例の照明装置の構成及び光学的作用について図2を用いて、さらに詳細に説明する。
図2は図1に示した照明装置の主要部分の主走査方向の要部向断面図(主走査断面図)である。同図においては原稿102側から見たLEDアレイ106の配置を示している。同図において図1に示した要素と同一要素には同符番を付している。
同図におけるLEDアレイ106は、複数の受光素子106aが主走査方向に所定間隔で配列され、該LEDアレイ106と同列に再帰反射手段107が配置されている。再帰反射手段107は、複数のLED106a間を埋めるように複数の反射面(反射素子)107aを有しており、反射手段104で反射され戻ってきた光束の一部を、該反射面107aで再度原稿102側へ反射している。
反射手段104の具体例としては、表面に金属反射膜を施した板金やプラスチックシート等、できるだけ反射率の高いものが好ましい。
本実施例の反射手段104の副走査断面は曲面形状(R形状)を有しており、LEDアレイ106から出射した光束を効率良く再帰反射手段107に向けて反射している。反射手段104の主走査断面は平面形状でも濃度ムラを軽減できるが、より望ましくは鋸形状等が良い。
再帰反射手段107の具体例としては、表面に凹凸のある拡散シート等で、原稿を均一に照明するために、できるだけ拡散度の高いほうが好ましい。
このような構成にすることにより、原稿102が平面でない場合に正反射した光束があった場合でも、反射面107aからの照明光の影響により、コントラストの高い輝点が写り込むことが抑制され、読取画像の濃度ムラを軽減できる。また、原稿照明に寄与していない光束121を再利用しているため、小型で効率の良い照明が可能となる。
図3は本発明の照明装置をキャリッジ一体型の画像読取装置に適用したときの要部断面図である。同図において図1に示した要素と同一要素には同符番を付している。
同図において、101は原稿台(原稿台ガラス)であり、その面上に被照射物体(原稿)102が配置されている。112はキャリッジであり、原稿台101の原稿102を照明する照明装置LB、複数の反射ミラー108、読取光学系(結像レンズ)109、そして読取光学系で結像した画像を一方向に読み取るラインセンサ(CCD)110等を一体的に収納している。
照明装置LBは前述したLEDアレイ106、反射手段104、再帰反射手段107、そして反射板103より成っている。複数の反射ミラー108は原稿102で反射した光束の光路をキャリッジ112内部で折り曲げている。読取光学系(結像レンズ)109は原稿102からの光束をラインセンサ(Charge Coupled Device)(CCD)110の上に結像させている。ラインセンサ110は紙面垂直方向である主走査方向(Y方向)に複数の受光素子を配列した構成になっている。
本実施例において、LEDアレイ106から出射した光束は、直接原稿102を照明すると同時に、反射板103を介して原稿102を照明する。
一方、原稿照明に寄与しない光束121の一部は、反射手段104に到達後、LEDアレイ106側に向けて反射される。LEDアレイ106の同列には、再帰反射手段107が配置されており、反射手段104で反射された光束が再帰反射手段107に到達後、原稿102側に向けて反射される。そして再帰反射手段107で反射された光束は、直接原稿102を照明すると同時に、反射板103を介して原稿102を照明する。
そして、これらの照明光束で照明された原稿102の画像情報に基づく光束は、複数の反射ミラー108を介して本体内部でその光束の光路が折り曲げられ、読取光学系109によりラインセンサ(CCD)の上に結像される。
そして駆動装置111によりキャリッジ112が副走査方向(図中、矢印)に移動しながら原稿102の画像情報(2次元画像)を線順次方式で読み取っていく。読み取られた原稿102の画像情報は不図示のインターフェイスを通じて外部機器であるパーソナルコンピューターなどに送られる。
本実施例の画像読取装置においては、上述した照明装置LBを用いている為、輝点写り込みによる濃度ムラを抑制することができる。
このように本実施例では複数のLEDを主走査方向に配列したLEDアレイを用いた照明装置において、原稿が平面でない場合に正反射した光束があった場合でも、輝点写り込みによる濃度ムラを抑制することができる。これにより高画質な画像読取りを可能としている。
尚、本実施例では読取光学系をレンズより構成したが、これに限らず、例えばミラー等より成る反射系で構成しても良い。
図4は本発明の実施例2の照明装置の副走査方向の要部断面図である。同図において図1に示した要素と同一要素には同符番を付している。
本実施例において、前述の実施例1と異なる点は、照明装置LBの構成を一部異ならせたことである。その他の構成及び光学的作用は実施例1と同様であり、これにより同様な効果を得ている。
つまり、同図において、204は照明装置LBの一要素を構成する反射角選択素子であり、LEDアレイ106と原稿102との間に配置されている。
反射角選択素子204は、LEDアレイ106から出射した光束のうち、入射角度によって一部の光束を出射させ、残りの一部の光束221をLEDアレイ106側へ反射している。
本実施例における反射角選択素子は、後述する図5に示すように3角プリズム204aを複数、主走査方向に配列したプリズムアレイを有している。
本実施例において、LEDアレイ106から出射した光束は、直接或は、反射板103を介して反射角選択素子204に到達(入射)する。反射角選択素子204に到達した光束は、一部は拡散透過し、原稿102を照明する。
一方、残りの光束221は、LEDアレイ106側に向けて反射される。LEDアレイ106の同列には、上述した如く再帰反射手段107が配置されており、反射角選択素子204で反射された光束221は再帰反射手段107で反射角選択素子204側に向けて再度反射される。そして、反射角選択素子204に到達した光束は、一部が拡散透過し、原稿102を照明する。
そして、これらの照明光束で照明された原稿102の画像情報に基づく光束は、複数の反射ミラー(不図示)を介して本体内部でその光束の光路が折り曲げられ、読取光学系(不図示)によりラインセンサ(CCD)の上に結像される。
次に反射手段204の構成及び光学的作用について図5を用いて説明する。図5は図4に示した反射手段の主走査方向の要部断面図である。同図において図4に示した要素と同一要素には同符番を付している。
本実施例における反射角選択素子204は、図5に示すように、LEDアレイ(不図示)側の片面204bに3角プリズム204aを主走査方向に複数、配列したプリズムアレイ(シート)より成っている。
同図において、3角プリズム204a側から入射した光束は、一部は拡散透過して原稿(不図示)を照明し、残りの一部は再帰反射手段(不図示)側に向けて反射して、該再帰反射手段に到達する。そして再帰反射手段で反射された光束は、再度3角プリズム204a側から入射し、一部は拡散透過して原稿を照明する。
このような構成にすることにより、前述した実施例1と同様に、原稿102が平面でない場合に正反射した光束があった場合でも、輝点写り込みによる濃度ムラを抑制することができる。これにより高画質な画像読取りを可能としている。
図6は本発明の実施例3の照明装置の副走査方向の要部断面図である。図6において図1に示した要素と同一要素には同符番を付している。
本実施例において、前述の実施例1と異なる点は、照明装置LBの構成を一部異ならせたことである。その他の構成及び光学的作用は実施例1と同様であり、これにより同様な効果を得ている。
つまり、同図において414は照明装置LBの一要素を構成する導光体であり、LEDアレイ106と原稿102との間に配置され、LEDアレイ106から出射した光束を原稿102に導光している。
本実施例における導光体414は、LEDアレイ106から出射した光束が入射する入射面414aと、入射面414aから入射した光束が原稿102側へ直接出射する出射面414bとを有している。さらに入射面414aから入射した光束であって、出射面414bから直接出射しない光束の一部を入射面側へ反射させる反射面404と、該反射面404で反射した光束を出射面側へ反射させる再帰反射手段(反射面)407とを有している。
反射面404は、導光体414の内部に設けられ、入射面414aから入射した原稿照明に寄与しない光束の一部を再帰反射手段407側に向けて反射している。再帰反射手段407は、導光体414の入射面414aの裏面側に配置され、反射面404で反射された光束の一部を出射面414b側へ反射している。
本実施例において、LEDアレイ106から出射した光束は、導光体414の入射面414aから入射し、一部の光束が出射面414bから直接出射し、原稿102を照明する。
一方、原稿照明に寄与しない光束の一部は、反射面404に到達(入射)後、再帰反射手段407側に向けて反射される。そして再帰反射手段407により反射された光束の一部は、出射面414bから出射し、原稿102を照明する。
そして、これらの照明光束で照明された原稿102の画像情報に基づく光束は、複数の反射ミラー(不図示)を介して本体内部でその光束の光路が折り曲げられ、読取光学系(不図示)によりラインセンサ(CCD)の上に結像される。
図7は図6に示した導光体の主走査方向の要部断面図である。同図においては原稿102側から見た導光体414及びLEDアレイ106の配置を示している。同図において図2、図6に示した要素と同一要素には同符番を付している。
同図に示すように再帰反射手段407は上述した如く導光体414の入射面414aの裏面側に配置されており、反射面404で反射され戻ってきた光束の一部を原稿102側へ反射している。
反射面404の具体例としては、金属反射膜を施した反射率の高いものが好ましい。
本実施例の反射面404の副走査断面は平面や曲面形状(R形状)を有している。これによりLEDアレイ106から出射した光束を効率良く再帰反射手段407に向けて反射している。反射面404の主走査断面は平面形状でも良い。この他、鋸形状でも良い。
再帰反射手段407の具体例としては、LEDの対向面が透過面で、その周囲が反射面が適用できる。この他、LEDの対向面が透過面で、その周囲が表面に凹凸のある拡散反射面であっても良い。
このような構成にすることにより、原稿102が平面でない場合に正反射した光束があった場合でも、再帰反射手段407からの照明光の影響により、コントラストの高い輝点が写り込むことが抑制され、読取画像の濃度ムラを軽減できる。また、原稿照明に寄与していない光束を再利用しているため、小型で効率の良い照明が可能となる。
また、本実施例における導光体414は、上述した如く反射面404と再帰反射手段407とを有しており、一つの光学部品で複数の機能を有することにより、照明装置全体の小型化を図っている。
尚、各実施例では一体型(フラットベッド型)の画像読取装置に本発明を適用したが、これに限らず、例えば1:2走査光学系(ミラー走査方式)を有する画像読取装置に適用しても本発明は上述の実施例と同様に適用することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
本発明の実施例1の照明装置の副走査断面図 本発明の実施例1の照明装置の主走査断面図 本発明の実施例1の画像読取装置の要部断面図 本発明の実施例2の照明装置の副走査断面図 本発明の実施例2の照明装置の反射手段の説明図 本発明の実施例3の照明装置の副走査断面図 本発明の実施例3の照明装置の主走査断面図 従来の画像読取装置の要部断面図 従来の画像読取装置の要部断面図
101 原稿台
102 原稿
103 反射板
104 反射手段
105 基板
106 光源手段(LEDアレイ)
107,407 再帰反射手段
108 スリット
109 読取光学系
110 ラインセンサ(CCD)
111 モータ
204 反射角選択素子
204a 三角プリズム
414 導光体
404 反射面
LB 照明装置

Claims (5)

  1. 被照射面に配置された画像情報を、読取光学系を介して複数の受光素子が主走査方向に配列されたラインセンサの上に結像させ、前記画像情報を得る画像読取装置に用いられる、前記画像情報を照明するための照明装置であって、
    前記照明装置は、複数の発光素子が主走査方向に配列された光源手段と、
    前記光源手段と前記被照射面との間に配置され、前記光源手段から出射した光束であって、前記画像情報を直接照明する光束以外の一部の光束を、前記光源手段側へ反射させる反射手段と、
    前記複数の発光素子が配列されている側で前記複数の発光素子の間を含む面内に配置され、前記反射手段で反射された光束を、前記被照射面側へ反射させる再帰反射手段と、を有すること特徴とする照明装置。
  2. 被照射面に配置された画像情報を、読取光学系を介して複数の受光素子が主走査方向に配列されたラインセンサの上に結像させ、前記画像情報を得る画像読取装置に用いられる、前記画像情報を照明するための照明装置であって、
    前記照明装置は、複数の発光素子が主走査方向に配列された光源手段と、
    前記光源手段と前記被照射面との間に配置され、前記光源手段から出射した光束のうち、入射角度によって一部の光束を出射させ、残りの一部の光束を前記光源手段側へ反射させる反射角選択素子と、
    前記複数の発光素子が配列されている側で前記複数の発光素子の間を含む面内に配置され、前記反射手段で反射された光束を、前記被照射面側へ反射させる再帰反射手段と、を有すること特徴とする照明装置。
  3. 前記反射角選択素子は、3角プリズムを複数、主走査方向に配列したプリズムアレイを有すること特徴とする請求項2に記載の照明装置。
  4. 被照射面に配置された画像情報を、読取光学系を介して複数の受光素子が主走査方向に配列されたラインセンサの上に結像させ、前記画像情報を得る画像読取装置に用いられる、前記画像情報を照明するための照明装置であって、
    前記照明装置は、複数の発光素子が主走査方向に配列された光源手段と、
    前記光源手段と前記被照射面との間に配置され、前記光源手段から出射した光束を前記被照射面に導光する導光体を有し、
    前記導光体は、前記光源手段から出射した光束が入射する入射面と、前記入射面から入射した光束が前記被照射面側へ直接出射する出射面と、前記入射面から入射した光束であって、前記出射面から直接出射しない光束の一部を前記入射面側へ反射させる反射面と、前記反射面で反射した光束を前記出射面側へ反射させる再帰反射手段と、を有すること特徴とする照明装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の照明装置と、前記照明装置から出射した光束で照明された原稿面上の画像情報を読取光学系によってラインセンサに結像させ、前記ラインセンサからの信号を用いて画像情報を読み取ることを特徴とする画像読取装置。
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