JP3972796B2

JP3972796B2 - 画像入力装置

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Publication number: JP3972796B2
Application number: JP2002320837A
Authority: JP
Inventors: 明佳濱田
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: JP2004157218A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像入力装置に関するものであり、例えば、パソコン等に接続して用いる画像入力機器(イメージリーダ，イメージスキャナ等)や画像形成装置(カラー又はモノクロのデジタル複写機，ファクシミリ等)の画像入力部を構成する画像入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２次元画像の入力を一方向の原稿走査により行う機器には、原稿画像を読み取るために原稿面を線状に照明する照明装置が通常搭載される。しかし、従来より知られている照明装置では原稿面をムラなく照明するのは困難であり、この問題を解決することを目的とした照明装置が、以下の特許文献１，２で提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２６６３７４号公報
【特許文献２】
特公昭６１−２４７４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の照明装置は、光源用蛍光灯(陰極管)の管長手方向中央部と管長手方向端部の光量を計測・監視して、蛍光灯の光量制御を行う構成になっている。しかし、蛍光灯の管長手方向の光量分布を制御するものではない。したがって、蛍光灯の管長手方向の光量ムラは小さくなっておらず、結果的には原稿面に対するライン照明のムラを十分に小さくすることができない。また特許文献２には、情報パターン読み取りのためのハンドスキャナに、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)アレイを光源として搭載した照明装置が提案されている。しかし、情報パターンからの直接光以外の散乱光を検出する読み取り光学系しか設けられていないため、原稿面が所定の光量で均一に照明されているかどうかを把握することはできない。したがって、原稿面に対する照明ムラが大きい場合には、ＬＥＤ出力を十分に補正することができず、元画像を忠実に再現することができないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、原稿面をムラなくライン照明することにより、原稿の画像をムラなく読み取ることが可能な画像入力装置を提供することにある。またそのために、原稿面上での照度分布を高い精度で検出する機能を原稿照明装置に備えた画像入力装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の画像入力装置は、原稿の画像を読み取るために原稿面に光を照射する原稿照明装置を備えた画像入力装置であって、前記原稿照明装置が、複数個のＬＥＤをほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイと、前記ＬＥＤのほぼ直線状の配列が成す領域内における複数のＬＥＤ間にそれぞれ位置して前記原稿面からの光を受光する複数個の光電変換素子と、前記複数個のＬＥＤを各々独立に駆動するＬＥＤ駆動手段と、前記ＬＥＤ駆動手段に対するフィードバック制御を前記光電変換素子からの出力に基づいて行う光量制御手段と、を有することを特徴とする。第２の発明の画像入力装置は、上記第１の発明の構成において、前記光電変換素子がすべてのＬＥＤ間に位置することを特徴とする。
【０００７】
第３の発明の画像入力装置は、上記第１又は第２の発明の構成において、前記ＬＥＤと前記光電変換素子が同一直線上に配置されていることを特徴とする。第４の発明の画像入力装置は、上記第１又は第２の発明の構成において、前記複数個のＬＥＤが千鳥状の２次元的に配置されており、その２次元的な配置が前記ほぼ直線状の配列を構成して、その配列のライン幅で前記領域が構成されていることを特徴とする。
【０００８】
第５の発明の画像入力装置は、原稿の画像を読み取るために原稿面に光を照射する原稿照明装置を備えた画像入力装置であって、前記原稿照明装置が、発光波長の異なる複数個のＬＥＤから成る複数個のＬＥＤ群をほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイと、波長感度の異なる複数個の光電変換素子から成り、前記ＬＥＤ群のほぼ直線状の配列が成す領域内における複数のＬＥＤ群間にそれぞれ位置して前記原稿面からの光を受光する複数個の光電変換素子群と、前記複数個のＬＥＤを各々独立に駆動するＬＥＤ駆動手段と、前記ＬＥＤ駆動手段に対するフィードバック制御を前記光電変換素子からの出力に基づいて行う光量制御手段と、を有することを特徴とする。第６の発明の画像入力装置は、上記第５の発明の構成において、前記光電変換素子群がすべてのＬＥＤ群間に位置することを特徴とする。
【０００９】
第７の発明の画像入力装置は、上記第５又は第６の発明の構成において、前記ＬＥＤ群と前記光電変換素子群が同一直線上に配置されていることを特徴とする。第８の発明の画像入力装置は、上記第５又は第６の発明の構成において、前記複数個のＬＥＤ群が千鳥状の２次元的に配置されており、その２次元的な配置が前記ほぼ直線状の配列を構成して、その配列のライン幅で前記領域が構成されていることを特徴とする。
【００１０】
第９の発明の画像入力装置は、上記第１〜第８のいずれか１つの発明の構成において、さらに、前記ＬＥＤアレイから射出した光束をほぼ直線状に集光して原稿面上で結像させ、かつ、原稿面で反射した光束を集光して前記光電変換素子上で結像させる照明光学系を有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した画像入力装置を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本発明に係る画像入力装置の主要部構成例を示す。図１において、1はＬＥＤアレイ、2は照明光学系、3は原稿台、4は原稿、4Sは原稿面、5はブック反射鏡、6は読み取り光学系、7は撮像素子、8は画像処理装置、9は画像出力装置、10は原稿照明装置である。この画像入力装置は、画像形成装置(カラー又はモノクロのデジタル複写機，ファクシミリ等)の画像入力部，単体の画像入力機器(イメージリーダ，イメージスキャナ等)等に相当するものである。そして、原稿(4)の２次元画像を読み取るために、原稿面(4S)に光をライン状に照射する原稿照明装置(10)を備えており、原稿面(4S)で反射した光を用いて２次元画像の読み取りを行う構成になっている。その２次元画像の読み取りでは、原稿面(4S)に対するライン状照明の相対的な走査が、ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向に行われる。
【００１２】
原稿照明装置(10)は、ＬＥＤアレイ(1)，照明光学系(2)等で構成されている。そしてＬＥＤアレイ(1)は、基板(1a)上に複数個のＬＥＤがほぼ直線状(図１の紙面に対して垂直方向)に配列された構成になっている{必要に応じＬＥＤ以外の発光素子を点光源とする発光素子アレイをＬＥＤアレイ(1)の代わりに用いてもよい。}。ＬＥＤアレイ(1)から射出した光は、照明光学系(2)により、ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向にのみ集光してほぼ直線状(図１の紙面に対して垂直な１本のライン状)となる。そして、板ガラス製の原稿台(3)を透過した後、原稿面(4S)上でほぼ直線状の光源像を形成する。原稿面(4S)に照射された光は、原稿面(4S)で反射された後、再び原稿台(3)を透過する。そして、読み取り光学系(6)を通過することにより、撮像素子(7)の受光面上で結像する。ＬＥＤアレイ(1)から射出した光束のうち、照明光学系(2)に対する入射範囲外の光束の一部は、ブック反射鏡(5)で反射されて原稿面(4S)に照射される。ブック反射鏡(5)は、原稿(4)が冊子や本の形態になっている場合に、原稿台(3)から原稿(4)が浮き上がった地点で黒い影が発生しないように照明するためのミラーである。
【００１３】
読み取り光学系(6)により形成された光学像は、撮像素子(7)によって電気的な信号に変換される。撮像素子(7)としては、例えば複数の画素から成るＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像素子が用いられる。撮像素子(7)で生成した信号は、パソコン等の画像処理装置(8)において、必要に応じた所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施される。そして、デジタル映像信号としてメモリー(半導体メモリー，光ディスク等)に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりした後、プリンタ等の画像出力装置(9)やその他の機器に伝送される。したがって、デジタル複写機，ファクシミリ等の画像形成装置は、上述した画像入力装置と、その画像入力装置で入力された画像を出力する画像出力装置(9)等(プリンタ等)との組み合わせにより構成される。
【００１４】
ここで、上記ＬＥＤアレイ(1)を以下に具体例を挙げて更に詳しく説明する。図２(i)〜(iv)に、同一発光色のＬＥＤ(1t)から成る４つのタイプのＬＥＤアレイ(1)をそれぞれ示す。これらのＬＥＤアレイ(1)は複数個のＬＥＤ(1t)をほぼ直線状に配列して成るものであり、ＬＥＤ(1t)のほぼ直線状の配列が成す領域(Δ)内には、原稿面(4S)からの反射光を受光するフォトダイオード(1p)が配置されている。そして、ＬＥＤ(1t)の発光波長はすべて同一(例えば白色発光)になっており、フォトダイオード(1p)の波長感度もすべてＬＥＤ(1t)に対応した同一のものとなっている。なお、フォトダイオード(1p)以外の光電変換素子を用いてももちろんかまわない。
【００１５】
図２(v)〜(viii)に、発光波長の異なる３種類のＬＥＤ(R,G,B)から成る４つのタイプのＬＥＤアレイ(1)をそれぞれ示す。これらのＬＥＤアレイ(1)は、複数個のＬＥＤ群(1u)をほぼ直線状に配列して成るものであり、各ＬＥＤ群(1u)は赤色ＬＥＤ(R)，緑色ＬＥＤ(G)及び青色ＬＥＤ(B)が隣接配置された構成をとっている。ＬＥＤ群(1u)のほぼ直線状の配列が成す領域(Δ)内には、原稿面(4S)からの反射光を受光するフォトダイオード群(1q)が配置されている。フォトダイオード群(1q)は、波長感度の異なる２つ又は３つのフォトダイオード(r,g,b)から成っており、rが赤色用フォトダイオード、gが緑色用フォトダイオード、bが青色用フォトダイオードである。なお、フォトダイオード群(1q)以外の光電変換素子群を用いてももちろんかまわない。
【００１６】
図２(i,ii,v〜vii)に示すＬＥＤアレイ(1)では、複数のＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)が同一直線上に配置されているのに対し、図２(iii,iv,viii)に示すＬＥＤアレイ(1)では、複数のＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)がジグザグ(千鳥状)の２次元的に配置されている。このようにＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)を２次元的に配置すると、より大きな光量を得ることが可能になる。ＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)は、各発光面積が小さい場合には、その配列が２次元的であっても、配列のライン幅(つまりＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)の配列方向に対する垂直方向に配列が成す領域Δ)が数ｍｍ〜十数ｍｍ以内であれば、原稿面(4S)に対するライン照明において許容可能である。したがって、図２に示すＬＥＤアレイ(1)は、いずれも複数個のＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)がほぼ直線状に配列されたものとみることができる。そして、その配列が成す領域(Δ)内にフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)が配置されていることから、ＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)とフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)とは、ほぼ同一の直線上に位置するものといえる。
【００１７】
フォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)が受光する原稿面(4S)からの反射光は、図１に示すように原稿面(4S)を照射して反射された光のうち、照明光学系(2)に再入射してＬＥＤアレイ(1)に戻ってくる光である。つまり照明光学系(2)は、ＬＥＤアレイ(1)から射出した光束をほぼ直線状に集光して原稿面(4S)上で結像させるように作用するだけでなく、原稿面(4S)で反射した光束を集光してフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)上で結像させるようにも作用するのである。この原稿照明装置(10)では、ＬＥＤアレイ(1)に戻ってきた光のうちフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)に入射した光が、原稿面(4S)上での照明ムラを小さくする光量制御に有効利用される。
【００１８】
図３に、原稿照明装置(10)の光量制御構成例を示す。図３において、20は複数個のＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)を各々独立に駆動するＬＥＤ駆動手段である。また、30はＬＥＤ駆動手段(20)に対するフィードバック制御をフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)からの出力に基づいて行う光量制御手段であり、31はフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)からの出力信号を検出する光量検出部である。原稿照明装置(10)に用いられている光源は、複数個のＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)がほぼ直線状に配列された構成のＬＥＤアレイ(1)であるため、従来の蛍光管やハロゲンランプとは異なり、その長手方向(すなわち配列方向)の光量分布は固定されていない。つまり、ＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)を個々に光量制御して、長手方向の光量分布を自由に制御することが可能であり、ＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)の個別の劣化(例えば温度変化等の環境変化に伴う光量変化等)にも対応することができる。
【００１９】
前述したように、ＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)とフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)とは、ほぼ同一の直線上に位置している。このため、原稿面(4S)からの反射光をフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)で効率良く捕らえて、原稿面(4S)上での照度分布(つまりライン照明のムラ)を高い精度で検出することができる。その検出結果に基づいて、ＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)の個々の光量が所定の大きさになるように、光量制御手段(30)が各ＬＥＤ駆動手段(20)に対するデジタル的又はアナログ的なフィードバック制御をリアルタイムで行う。その制御は原稿面(4S)からの反射光に基づくものであるため、照明光の光量分布に関する直接的な補償制御により、原稿面(4S)をムラなくライン照明することができる。その結果、原稿(4)の画像をムラなく読み取って元画像を忠実に再現することが可能となる。原稿面(4S)上での照明ムラに起因する画像劣化を前記画像処理装置(8，図１)で補正する必要性が低減するため、元画像の再現性はより一層高いものとなる。また、上記原稿照明装置(10)を用いれば、照明光量の色毎の再設定が難しい機器、例えば原稿通りの色再現を自動的に行うことが求められるデジタル複写機等にも対応することができる。さらに、上記ＬＥＤアレイ(1)及びその制御構成は、後述する離散性の大きいＬＥＤ(1t)配置においても対応可能であり(図４等)、その技術は将来的にも継続した応用が可能である。
【００２０】
従来より光源として用いられている蛍光管(陰極管)やハロゲンランプは、その周囲がガラス管で構成されているため、その近くにフォトダイオード等の光電変換素子を配置しようとすると大きなスペースが必要になる。上記原稿照明装置(10)では、フォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)がＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)の間に配置されているため、装置内スペースに無駄がなく、その省スペース化により装置の小型化に寄与することができる。また、原稿面(4S)からの反射光をフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)に導くための集光光学系として、原稿面(4S)に光を導くための照明光学系(2)を兼用しているため、原稿面(4S)からの反射光を、余分な集光光学系の追加なしに捕らえることができる。したがって経済的であり、スペースを余分に確保する必要もない。また、原稿面(4S)とＬＥＤアレイ(1)との方向性のある共役関係により、原稿面(4S)に対する照明及びその検出を、高い精度で同時に達成することが可能になる。
【００２１】
図３に示す光量制御構成では、各フォトダイオード(1p)又は各フォトダイオード群(1q)の検出結果が、その最も近くに位置する２つのＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)に対する制御に反映される構成になっているが、これに限らない。複数のフォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)の検出結果に基づいた総合的な判断により、各ＬＥＤ(1t)又は各ＬＥＤ群(1u)を制御するようにしてもよい。また、ＬＥＤアレイ(1)に光量ムラがあっても原稿面(4S)がムラなくライン照明されればよいので、すべてのＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)の光量を同じ大きさにする必要はない。
【００２２】
フォトダイオード(1p)又はフォトダイオード群(1q)は、図２(i,iii,v〜viii)に示すようにすべてのＬＥＤ(1t)又はＬＥＤ群(1u)の間に配置してもよく、図２(ii,iv)に示すように間引きした配置にしてもよい。照明光学系(2)の性能や必要とされる照明分布精度に応じた形態を採用すればよい。また、図２(vi)に示すように、フォトダイオード群(1q)中の一部を間引きした配置にしてもよい。ただし、図２(v,vii,viii)に示すように、ＬＥＤ群(1u)の発光波長の組み合わせとフォトダイオード群(1q)の波長感度の組み合わせとを同じにする方が、色ずれの補正や高い精度の光量制御等を行う上で好ましい。
【００２３】
ここで、ＬＥＤアレイ(1)のＬＥＤ配列間隔と原稿面(4S)上でのライン照明のムラとの関係を、図４に基づいて説明する。図４中、PはＬＥＤ配列間隔、LはＬＥＤアレイ(1)から原稿面(4S)までの距離、Qは原稿面(4S)上での照度分布であり、照明光学系(2)やフォトダイオード(1p)等は図示省略している。一般的なＬＥＤアレイ(1)では、図４(A)に示すように、基板(1a)上に複数のＬＥＤ(1t)がほとんど隙間なくほぼ直線状に配列されている。このため、ＬＥＤアレイ(1)から原稿面(4S)までの距離(L)が短くても、原稿面(4S)上で発生する照明ムラは小さなものとなる。しかし、今後ＬＥＤ(1t)単体の出力光量が飛躍的に増大すると(例えば現状の1.5倍以上)、ＬＥＤ(1t)の必要個数が減少するためにＬＥＤ(1t)を間引く必要が生じる。その結果、出力光量の大きいＬＥＤ(1t)の離散的配置(例えば、P≧6.35mm)によって大きな照明ムラが発生してしまうことになる。つまり、ＬＥＤ(1t)単体の出力光量の増大とＬＥＤ配列間隔(P)の増大に伴って、図４(B)に示すように照明ムラが増大してしまい、ＬＥＤ(1t)の光量ムラ制御では補正することが困難になる。ＬＥＤアレイ(1)から原稿面(4S)までの距離(L)を大きくすれば、照明ムラを小さくすることは可能であるが、原稿照明装置(10)の大型化を招いてしまう。
【００２４】
そこで本実施の形態では、図４(C)に示すように、ＬＥＤアレイ(1)と原稿面(4S)との間に、ＬＥＤ(1t)の配列方向に光束を拡散させる機能を持った拡散光学素子(D)を配置している。拡散光学素子(D)は照明光学系(2,図１)の一部として設けられ、例えばレンズ面やミラー面に加工を施すことにより構成される。拡散光学素子(D)の拡散機能により、原稿照明装置(10)のライン発光の光量ムラが抑えられ、原稿面(4S)上で発生する照明ムラも小さくなる。しかも、ＬＥＤアレイ(1)から原稿面(4S)までの距離(L)を従来と同じ程度のままで、照明ムラを軽減することが可能である。したがって、原稿照明装置(10)のコンパクト化と光量ムラの抑制を同時に達成することができる。なお、ＬＥＤ(1t)の個数減少による低コスト化，省エネ等の経済的効果も得られる。また、ＬＥＤアレイ(1)が同一発光色のＬＥＤ(1t)から成る場合でも、互いに異なる発光色のＬＥＤ(1t)の組み合わせから成る場合でも、上述した拡散光学素子(D)により得られる作用効果に変わりはない。
【００２５】
前述したように、照明光学系(2)はＬＥＤ(1t)の配列方向に対して垂直な方向に光束を集光させる機能を有している。つまり、ＬＥＤ(1t)の配列方向に対する垂直方向について、一方向性の収束性を有するレンズ，ミラー等で照明光学系(2)は構成される。拡散光学素子(D)が有する拡散機能も、上記集光機能と同様の方向性をＬＥＤ(1t)の配列方向について有することになる。したがって、拡散光学素子(D)の例としては、屈折による発散機能を持ったレンズ面(ほぼシリンダ形状の曲面等)を複数有する微小レンズ群，反射による発散機能を持った反射面(ほぼシリンダ形状の曲面等)を複数有する微小ミラー群，一方向性の回折による発散機能を持った回折格子を複数有する微小回折格子群，一方向性の散乱機能を有するスリ面等が挙げられる。
【００２６】
また、ＬＥＤアレイ(1)から原稿面(4S)に至る光路中での拡散の有効性を考慮すると、照明光学系(2)における拡散位置に応じて、使用する拡散光学素子(D)を選択するのが好ましい。例えば、照明光学系(2)におけるＬＥＤアレイ(1)に近い部分に上記拡散機能を持たせる場合には、ＬＥＤ(1t)毎に対応した曲面，回折格子等を拡散光学素子(D)として配置するのが望ましい。照明光学系(2)におけるＬＥＤアレイ(1)から離れた部分に上記拡散機能を持たせる場合には、すべてのＬＥＤ(1t)をカバーする範囲の光学面(コンデンサレンズ面，コンデンサミラー面等)に散乱機能を持ったスリ面等を拡散光学素子(D)として配置するのが望ましい。
【００２７】
上記原稿照明装置(10)の光学構成を、以下に具体例を挙げて更に詳しく説明する。図５，図６に、複数個のＬＥＤ(1t)を配列間隔６．３５ｍｍ(1/4インチ)以上でほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイ(1)と、原稿面(4S)からの光を受光するフォトダイオード(1p)と、ＬＥＤアレイ(1)から射出した光束を原稿面(4S)に導く照明光学系(2)と、を備えたモジュール構造の原稿照明装置(10)をそれぞれ示す。図５，図６において、(A)はＬＥＤ(1t)の配列方向に対して垂直な平面での断面図であり、(B)はＬＥＤ(1t)の配列方向に対して平行な平面での断面図である。また、(A)と(B)とは互いに直交する断面構造を示しており、図５(A)，図６(A)に示す断面方向は図１に示す断面方向に相当している。なお、図５，図６に示す照明光学系(2)においては、前述した複数のＬＥＤ群(1u)から成るＬＥＤアレイ(1)やフォトダイオード群(1q)も適用可能である。
【００２８】
図５，図６に示す照明光学系(2)は、いずれも２枚組の色消し集光レンズ(G1,G2)から成っており、ＬＥＤ(1t)の配列方向に光束を拡散させる機能と、ＬＥＤ(1t)の配列方向に対して垂直な方向に光束を集光させる機能と、を有している。光束の集光は、図５(A)，図６(A)に示すようにＬＥＤ(1t)の配列方向に対して垂直な方向に負のパワーを有する第１レンズ(G1)と正のパワーを有する第２レンズ(G2)とで行われ、その負・正の組み合わせにより色消し効果が得られる。一方、光束の拡散は、以下に説明するように図５(B)と図６(B)とで拡散作用の異なる第１レンズ(G1)により行われる。
【００２９】
図５に示す照明光学系(2)では、同図(B)に示すように、第１レンズ(G1)がＬＥＤ(1t)と同数で対応する微小な凹レンズ面をＬＥＤアレイ(1)側に有しており、第２レンズ(G2)が自由曲面から成る正パワーのレンズ面を原稿面(4S)側に有している。各ＬＥＤ(1t)から射出した光束は、第１レンズ(G1)の各凹レンズ面で発散してＬＥＤ(1t)の配列方向に広がった後、第２レンズ(G2)の自由曲面が持つコンデンサ機能によりＬＥＤアレイ(1)の中央寄りに集光される。ＬＥＤアレイ(1)の端部から射出した光束は、第１レンズ(G1)の負パワーによって原稿面(4S)の外側に向けた広がりを持つことになるが、その広がりは第２レンズ(G2)に設けられている自由曲面のコンデンサ機能によって抑えられる。したがって、光量の無駄が生じるのを防ぐことができる。結果として、照明光学系(2)から射出する光束は、ＬＥＤ(1t)の配列方向に拡散した状態で原稿面(4S)をムラなく照明することになる。
【００３０】
ここでは、複数の凹面から成る負パワーの微小レンズ群を前記拡散光学素子(D)とし、それによって光束をＬＥＤ(1t)の配列方向に拡散させているが、ＬＥＤ(1t)毎に対応した屈折面を用いて光束を発散させる構成はこれに限らない。例えば、複数の凸レンズ面から成る正パワーの微小レンズ群によって、一旦結像した後の発散により光束をＬＥＤ(1t)の配列方向に拡散させるようにしてもよい。なお、微小レンズ群を構成する凸又は凹のレンズ面形状(シリンダ形状，球面形状，非球面形状等)は、前記集光機能等との関係により設定すればよい。
【００３１】
図６に示す照明光学系(2)では、同図(B)に示すように、第１レンズ(G1)がＬＥＤ(1t)と同数で対応する微小な(一方向性の)回折格子をＬＥＤアレイ(1)側に有しており、第２レンズ(G2)が自由曲面から成る正パワーのレンズ面を原稿面(4S)側に有している。第２レンズ(G2)は、図５に示す照明光学系(2)と同じものであり、そのコンデンサ機能によって光量の無駄が生じないようにしている。各ＬＥＤ(1t)から射出した光束は、第１レンズ(G1)の各回折格子で発散してＬＥＤ(1t)の配列方向に広がった後、第２レンズ(G2)の自由曲面が持つコンデンサ機能によりＬＥＤアレイ(1)の中央寄りに集光される。結果として、照明光学系(2)から射出する光束は、ＬＥＤ(1t)の配列方向に拡散した状態で原稿面(4S)をムラなく照明することになる。
【００３２】
ここでは、複数の回折格子から成る負パワーの微小回折格子群を前記拡散光学素子(D)とし、それによって光束をＬＥＤ(1t)の配列方向に拡散させているが、ＬＥＤ(1t)毎に対応した回折格子を用いて光束を発散させる構成はこれに限らない。例えば、複数の正パワーの微小回折格子群によって、一旦結像した後の発散により光束をＬＥＤ(1t)の配列方向に拡散させるようにしてもよい。また、回折格子の周期は一定でない方が好ましい。周期のランダムな回折格子を用いる方が、カラー画像の読み取り再現性を色消し作用により効果的に向上させることが可能だからである。なお、第２レンズ(G2)の自由曲面は全体として(２枚組で)凹レンズの役割を果たすよう設計してもよい。また、ランダム周期で一方向性の回折格子を拡散光学素子(D)として自由曲面の表面全体に付加してもよい。
【００３３】
次に、照明光学系(2)に反射面を有する原稿照明装置(10)を説明する。図７(A)〜(C)に、複数個のＬＥＤ(1t)を配列間隔６．３５ｍｍ(1/4インチ)以上でほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイ(1)と、原稿面(4S)からの光を受光する前記フォトダイオード(1p)と、ＬＥＤアレイ(1)から射出した光束を原稿面(4S)に導く照明光学系(2)と、を備えた３つのタイプの原稿照明装置(10)をそれぞれ示す。図７では、図１に示す画像入力装置における原稿照明装置(10)から原稿面(4S)までの部分を具体化し、ＬＥＤ(1t)の配列方向に対して垂直な平面での断面で示している。また、前述したブック反射鏡(5)，フォトダイオード(1p)等の部分については図示省略している。なお、図７に示す照明光学系(2)においては、前述した複数のＬＥＤ群(1u)から成るＬＥＤアレイ(1)やフォトダイオード群(1q)も適用可能である。
【００３４】
図７(A)に示す照明光学系(2)は１枚のミラー(M0)から成っており、図７(B)に示す照明光学系(2)は２枚のミラー(M1,M2)から成っており、図７(C)に示す照明光学系(2)は２枚のミラー(M1,M2)と１枚のレンズ(G0)から成っている。いずれもＬＥＤ(1t)の配列方向に光束を拡散させる機能とＬＥＤ(1t)の配列方向に対して垂直な方向に光束を集光させる機能とを有する点で、図５，図６に示す各照明光学系(2)と同様の作用効果を奏する。光束の集光は、ＬＥＤ(1t)の配列方向に対して垂直な方向の正パワーにより行われる。例えば、図７(A)の照明光学系(2)ではミラー(M0)の正パワーにより集光が行われ、図７(B)の照明光学系(2)では第１，第２ミラー(M1,M2)の正パワーにより集光が行われ、図７(C)の照明光学系(2)ではレンズ(G0)と第１，第２ミラー(M1,M2)の正パワーにより集光が行われる。
【００３５】
一方、光束の拡散は照明光学系(2)のいずれかの面に付加された前記拡散光学素子{D,図４(C)}により行われる。例えば、複数の微小な凸反射面から成る負パワーの微小ミラー群{図５(B)の微小レンズ群に相当する。}、複数の微小な回折格子から成る負パワーの微小回折格子群{図６(B)の微小回折格子群に相当する}等が、正パワーのコンデンサ反射面{図５(B)や図６(B)に示す自由曲面から成る正パワーのコンデンサレンズ面に相当する}等と組み合わされて用いられる。図７(A)の照明光学系(2)の場合、微小ミラー群又は微小回折格子群とコンデンサ反射面との複合反射面を有するミラー(M0)を用いる。図７(B),(C)の照明光学系(2)の場合、微小ミラー群又は微小回折格子群を反射面に有する第１ミラー(M1)を用い、コンデンサ反射面を有する第２ミラー(M2)を用いる。また、図７(C)の照明光学系(2)の場合、微小レンズ群又は微小回折格子群をレンズ面に有するレンズ(G0)を用い、コンデンサ反射面を有する第２ミラー(M2)を用いてもよい。
【００３６】
図７(A)に示す照明光学系(2)はミラー(M0)１枚から成っているため、構成が簡単で低コスト化が容易である。図７(A),(B)に示す照明光学系(2)の場合、すべての光学素子がミラー(M0,M1,M2)で構成されているため、色収差が発生しないというメリットがある。図７(C)に示す照明光学系(2)のようにレンズ(G0)を含めると、第１ミラー(M1)にかかるパワー負担を弱くしたり無くしたりすることが可能となり、結果としてコンパクト化に寄与することができる。ただし、レンズ(G0)を使用することにより発生する色収差を抑えるために、パワーの弱いレンズ(G0)を用いることが望ましい。
【００３７】
図７(A)〜(C)に示す照明光学系(2)は、いずれもＬＥＤアレイ(1)から射出した光束を、ミラー(M0,M1,M2)の反射面でＬＥＤ(1t)の配列方向に対して垂直な方向に反射させる構成になっている。このように反射面を用いると、反射面数が多いほど光学配置の自由度が高くなり、原稿照明装置(10)のコンパクト化も容易になる。これは、図７(B),(C)に示す各照明光学系(2)が、図７(A)に示す照明光学系(2)に比べて高さ方向のサイズが短縮されて、原稿照明装置(10)全体がコンパクト化されていることからも明らかである。また、上記のように反射面を用いることにより、図７(A)〜(C)に示す各照明光学系(2)のように、ＬＥＤアレイ(1)が水平下方向に向くような光学配置をとることも可能となる。
【００３８】
図５〜図７に示す原稿照明装置(10)の構成によると、個別のＬＥＤ出力光量が増えてＬＥＤ(1t)の使用個数が減っても、シェーディングのない線状の照明光が得られる。したがって、ＬＥＤアレイ(1)から原稿面(4S)までの距離(L，図４)を現状とほとんど変えずに、原稿面(4S)をムラなくライン照明することができる。そして、各原稿照明装置(10)を搭載した画像入力装置を用いることにより、原稿(4)の画像をムラなく読み取ることが可能となる。また、ＬＥＤアレイ(1)から原稿面(4S)までの距離(L)を変える必要がないので、想定される個々のＬＥＤ(1t)の出力光量が増加した分を、そのままＬＥＤ(1t)の個数削減に直結させることができる。その結果、大きな経済的効果(安価，省エネ等)を得ることができる。また、各光学面がアナモフィカルに加工された複数の光学素子の組み合わせによって各照明光学系(2)が構成されているため、光学素子の数を最小限に抑制することができて経済的である。
【００３９】
以上説明した原稿照明装置(10)は、画像入力装置以外の機器においても照明装置又はその一部としての使用が可能である。例えば長尺蛍光管や長尺ハロゲンランプを光源とする照明装置に、上記原稿照明装置(10)を線状光源装置として用いれば、ムラのない照明を低コストかつコンパクトに行うことができる。そのような照明装置としては、例えばＬＣＤ(Liquid Crystal Display)等の非発光型表示素子に用いるバックライトやフロントライトが挙げられる。したがって、上述した各実施の形態は、以下の構成を有する発明(I)〜(V)を含むものであり、その構成により、ＬＥＤアレイを用いて被照射面をムラなくライン照明することが可能な光源装置を提供することができる。
【００４０】
(I) 照明用の線状光源像を形成する光源装置であって、複数個のＬＥＤをほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイと、被照射面からの光を受光する光電変換素子とを有し、前記ＬＥＤのほぼ直線状の配列が成す領域内に前記光電変換素子が位置することを特徴とする光源装置。
(II) 照明用の線状光源像を形成する光源装置であって、発光波長の異なる複数個のＬＥＤから成る複数個のＬＥＤ群をほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイと、波長感度の異なる複数個の光電変換素子から成り被照射面からの光を受光する光電変換素子群とを有し、前記ＬＥＤ群のほぼ直線状の配列が成す領域内に前記光電変換素子群が位置することを特徴とする光源装置。
(III) さらに、前記ＬＥＤアレイから射出した光束をほぼ直線状に集光して被照射面上で結像させ、かつ、被照射面で反射した光束を集光して前記光電変換素子上で結像させる照明光学系を有することを特徴とする上記(I)又は(II)記載の光源装置。
(IV) さらに、前記複数個のＬＥＤを各々独立に駆動するＬＥＤ駆動手段を有することを特徴とする上記(I)，(II)又は(III)記載の光源装置。
(V) さらに、前記ＬＥＤ駆動手段に対するフィードバック制御を前記光電変換素子からの出力に基づいて行う光量制御手段を有することを特徴とする上記(IV)記載の光源装置。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＬＥＤ又はＬＥＤ群のほぼ直線状の配列が成す領域内に光電変換素子が位置するため、原稿面上での照度分布を高い精度で検出することができる。また、ＬＥＤアレイから射出した光束をほぼ直線状に集光して原稿面上で結像させ、かつ、原稿面で反射した光束を集光して光電変換素子上で結像させる照明光学系によって上記検出精度が向上し、原稿照明装置の小型化・低コストも可能となる。そして、ＬＥＤ駆動手段や光量制御手段との組み合わせにより、原稿面をムラなくライン照明することが可能となり、原稿の画像をムラなく読み取ることが可能な画像入力装置を実現することができる。そして、本発明に係る画像入力装置を画像出力装置との組み合わせで用いれば、安価で小型の画像形成装置(デジタル複写機，ファクシミリ等)を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像入力装置の主要部構成例を示す概略断面図。
【図２】ＬＥＤアレイの具体例を示す平面図。
【図３】原稿照明装置の光量制御構成例を示すブロック図。
【図４】原稿照明装置によるライン照明のムラとその解消を説明するための図。
【図５】微小レンズ群を有する照明光学系の具体例を示す断面図。
【図６】微小回折格子群を有する照明光学系の具体例を示す断面図。
【図７】照明光学系に反射面を有する画像入力装置を示す要部断面図。
【符号の説明】
1 …ＬＥＤアレイ
1t …ＬＥＤ
1u …ＬＥＤ群
1p …フォトダイオード(光電変換素子)
1q …フォトダイオード群(光電変換素子群)
R …赤色ＬＥＤ
G …緑色ＬＥＤ
B …青色ＬＥＤ
1r …赤色用フォトダイオード(光電変換素子)
1g …緑色用フォトダイオード(光電変換素子)
1b …青色用フォトダイオード(光電変換素子)
2 …照明光学系
4S …原稿面
10 …原稿照明装置
20 …ＬＥＤ駆動手段
30 …光量制御手段
31 …光量検出部

Claims

原稿の画像を読み取るために原稿面に光を照射する原稿照明装置を備えた画像入力装置であって、
前記原稿照明装置が、複数個のＬＥＤをほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイと、前記ＬＥＤのほぼ直線状の配列が成す領域内における複数のＬＥＤ間にそれぞれ位置して前記原稿面からの光を受光する複数個の光電変換素子と、前記複数個のＬＥＤを各々独立に駆動するＬＥＤ駆動手段と、前記ＬＥＤ駆動手段に対するフィードバック制御を前記光電変換素子からの出力に基づいて行う光量制御手段と、を有することを特徴とする画像入力装置。
前記光電変換素子がすべてのＬＥＤ間に位置することを特徴とする請求項１記載の画像入力装置。
前記ＬＥＤと前記光電変換素子が同一直線上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像入力装置。
前記複数個のＬＥＤが千鳥状の２次元的に配置されており、その２次元的な配置が前記ほぼ直線状の配列を構成して、その配列のライン幅で前記領域が構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像入力装置。
原稿の画像を読み取るために原稿面に光を照射する原稿照明装置を備えた画像入力装置であって、
前記原稿照明装置が、発光波長の異なる複数個のＬＥＤから成る複数個のＬＥＤ群をほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイと、波長感度の異なる複数個の光電変換素子から成り、前記ＬＥＤ群のほぼ直線状の配列が成す領域内における複数のＬＥＤ群間にそれぞれ位置して前記原稿面からの光を受光する複数個の光電変換素子群と、前記複数個のＬＥＤを各々独立に駆動するＬＥＤ駆動手段と、前記ＬＥＤ駆動手段に対するフィードバック制御を前記光電変換素子からの出力に基づいて行う光量制御手段と、を有することを特徴とする画像入力装置。
前記光電変換素子群がすべてのＬＥＤ群間に位置することを特徴とする請求項５記載の画像入力装置。
前記ＬＥＤ群と前記光電変換素子群が同一直線上に配置されていることを特徴とする請求項５又は６記載の画像入力装置。
前記複数個のＬＥＤ群が千鳥状の２次元的に配置されており、その２次元的な配置が前記ほぼ直線状の配列を構成して、その配列のライン幅で前記領域が構成されていることを特徴とする請求項５又は６記載の画像入力装置。
さらに、前記ＬＥＤアレイから射出した光束をほぼ直線状に集光して原稿面上で結像させ、かつ、原稿面で反射した光束を集光して前記光電変換素子上で結像させる照明光学系を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像入力装置。