JP4145271B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、ファクシミリ、複写機、スキャナ装置等の画像読取装置に関する。

正立等倍レンズを組み込んだ密着型のイメージセンサは、縮小タイプに比べて部品点数が少なく薄くすることができるため、ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナー等の画像読取装置（イメージセンサユニット）として用いられている。

特許文献１及び特許文献２には上記の画像読取装置が開示されており、概略構成を図５に基づいて説明すると、筐体１００内に導光体１０１を収納したケース１０２と、ロッドレンズからなるレンズアレイ１０３を配置し、上部にカバーガラス１０４を設け、下部にラインイメージセンサ（受光素子）１０５を配置した基板１０６を取り付け、導光体１０１の出射面から出射した照明光を、カバーガラス１０４を通して原稿に照射し、その反射光をレンズアレイ１０３を介してラインイメージセンサ１０５にて検出することで、原稿を読み取る。
特開２００１−３５８９０６号公報 米国特許第６，２５９，０８２号公報

上記した密着型の画像読取装置の場合、原稿の浮きに起因する解像度の低下が問題となる。即ち、本などを開いてガラス板（原稿台）の上に載せると、どうしても頁間部分（喉部）が浮いてしまう。同様に原稿にシワや折り目がある場合にも浮きが生じる。

しかしながら、従来の画像読取装置にあっては、レンズアレイの焦点が略ガラス板（原稿台）上に位置するように設計されており、また照明装置からの照射光は略ガラス板（原稿台）上に集光するように設計されているため、当該原稿浮きの箇所において照射光量が不均一になり、解像度が低下し、読み取った画像に不自然な陰影が生ずる原因となる。

図６はレンズアレイを構成するレンズの開口角と焦点深度及び伝達光量との関係を示すグラフである。焦点深度は最良像面（原稿台表面）から像のぼけが許容できる面までの軸上の距離であり、焦点深度を深くすれば原稿の浮きに対処できる。一方、レンズの開口角が小さくなれば、つまり像面に収束する光線束の広がり角が小さくなるほど焦点深度は深くなるが、開口角が小さくなると伝達光量が少なくなり光量不足を起こしてしまう。

本発明は上記した課題、即ち焦点深度と伝達光量とがトレードオフの関係にあることを前提として、読取画像の劣化をできるだけ小さくすることを目的とする。

上記目的を達成するためには、原稿を載置する原稿台（透明プレート）上面から多少離れた空間まで読み取れる正立等倍結像系と、この正立等倍結像系によって読み取られる範囲を均一に照射する照明ユニットが必要となる。

このため本発明にあっては、正立等倍結像系において像のぼけが許容できる焦点深度範囲を、空間周波数６ｌｐ（ｌｉｎｅ ｐａｉｒ）／ｍｍの黒白周期パターンを正立等倍結像したときの変調度が１０％以上となる光軸上の範囲と規定した。ここで、空間周波数（画像を構成する周期的構造の細かさを表す量）として、６ｌｐ（ｌｉｎｅ ｐａｉｒ）／ｍｍの黒白周期パターンを選定したのは、変調度を測定するために一般的に用いられている尺度だからである。

また変調度は、変調の深さを表す指数であり、変調を受けた光強度の最大値をＩmax、最小値をＩminとすると、変調度（ｍ）＝（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）となる。そして、本発明において変調度が１０％以上となる光軸上の範囲を焦点深度範囲としたのは、人間が明確に判断できる限界の値であり、変調度が１０％未満になると、明確に判断できなくなるからである。

そして、本発明では、正立等倍結像系は１ｍｍ以上の焦点深度を有するものとした。原稿のシワや折り目があっても画像を正確に読み取るには焦点深度が１ｍｍ以上であることが必要で、本の喉部であっても支障なく読み取るには焦点深度は１．６ｍｍ以上であることが好ましい。

更に、焦点深度範囲ではできるだけ照度ムラがないことが望ましい。本発明にあっては前記照度ムラを±２０％以内とした。これは±２０％を超えると電気的な補正ができなくなるからである。

前記の特性を容易に発揮できる前記正立等倍結像系としては、レンズプレートを複数枚重ねて構成され、各レンズプレートには多数の微小レンズが所定ピッチで規則的に２次元状に配列されたものが考えられるが、これに限定されない。

前記正立等倍結像系は、例えば２枚若しくは３枚のレンズプレートを上下に重ねて構成され、上側レンズプレートの微小レンズの中心と下側レンズプレートの微小レンズの中心とが一致したものとする。また、前記レンズプレートの単レンズ開口角を４〜１１°とすることで、伝達光量と焦点深度の両方を満足させることができる。好ましくは、開口角を４〜６．８°とする

また、前記の特性を容易に発揮できる前記照明ユニットとしては、光源からの光を両側面で反射して出射面から出射する棒状導光体を備え、一方の側面によって反射された光の集光位置と他方の側面によって反射された光の集光位置とが異なるものが考えられるが、これに限定されない。

前記棒状導光体としては、導光体の軸線と平行な側面形状を、楕円弧曲面または放物線曲面、或いはこれらの合成曲面とすることが考えられる。この場合、導光体は一体成形でもよいし、また２つの半体を貼り合わせて構成し、各半体に反射面となる楕円弧曲面、放物線曲面またはこれらの合成曲面を形成してもよい。

本発明の画像読取装置によれば、焦点深度の大きな正立等倍結像系を用い、しかも当該焦点深度範囲における照度ムラが小さな照明ユニットを用いたので、原稿の浮きがあっても、鮮明な画像として読み取ることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る画像読取装置の断面図であり、画像読取装置１は、筐体２内の左右にライン照明装置３，３を配置し、これらライン照明装置３，３の間に正立等倍結像系であるレンズアレイ４を配置し、筐体２の下部には凹部５を形成し、この凹部５にイメージセンサ（受光素子）６を固着した基板７を取付け、またライン照明装置３，３及びレンズアレイ４の上方には原稿を載置する透明な原稿台８を設けている。尚、イメージセンサ（受光素子）６はレンズアレイ４の中心線を降ろした位置と略一致する位置に設けられている。

また、レンズアレイ４下方の筐体２の一部を内方に絞込み，この箇所をゴーストカット部９としている。

ライン照明装置３はケース３０内にアクリル樹脂などからなる棒状導光体３１を収納している。導光体３１は長さ方向に直交する方向の断面形状において、底部を面取部３１ａとし、左右の側面３１ｂ、３１ｃを楕円曲面または放物線曲面或いはこれらの合成曲面とし、出射面３１ｄを平坦面としている。

導光体３１の端部（紙面垂直方向）には発光素子が設けられ、この発光素子から導光体内に入射した光線を散乱せしめる光散乱パターンが前記面取部３１ａに形成されている。

また、導光体内に入射し光散乱パターンで散乱した光線は左右の側面３１ｂ、３１ｃの内面で反射し、出射面３１ｄから原稿台８の原稿に向かって出射する。ところで、本発明にあっては左右の側面３１ｂ、３１ｃからの反射光が原稿の読取軸線上において一致しないで上下方向にズレるように左右の側面３１ｂ、３１ｃの形状及び曲率を設定している。このズレの範囲は後述するレンズアレイ４の焦点深度範囲において、均一な照度（±２０％以内）が得られる範囲とする。

一方、レンズアレイ４は、図２にも示すように、２枚のレンズプレート４０，４０を重ねて正立等倍レンズとして構成されている。各レンズプレート４０は多数の微小レンズ４１…が所定ピッチで規則的に２次元状に配列されている。このレンズプレート４０は例えば、軟らかい状態の紫外線効果樹脂を透明型を用いてプレス成形するとともに外部から紫外線を照射して固めることで製造される（２Ｐ成形法）。
また成形方法としては加熱によって軟化せしめたガラス或いは樹脂をプレス成形するか予め成形したレンズを貼り合わせるようにしてもよい。

上記レンズアレイ４の作用は、図３に示すように、原稿面で反射した導光体３１の出射面３１ｂからの光を、レンズアレイ４を介してイメージセンサ（受光素子）６に収束させる。この場合、レンズアレイ４は副走査方向に複数列の微細レンズ４１が形成されているので、従来のようレンズ光軸とイメージセンサ６のずれに起因する光量レベルの低下は生じない。

図４は焦点深度と変調度との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、焦点深度が大きくなると変調度は低下する。そして、変調度が１０％未満では人間の目で画像を明確に判断できなくなるため、変調度は１０％以上に維持する必要がある。したがって、焦点深度は深いほうが原稿の浮きに対処できるのであるが、変調度の制約から焦点深度にも制約が課せられる。即ち、変調度１０％以上を維持しつつ１ｍｍの焦点深度を有するレンズアレイ４であれば、原稿のシワや折れに十分対処することができ、変調度１０％以上を維持しつつ１．６ｍｍの焦点深度を有するレンズアレイ４であれば、原稿（本）の喉部の浮きにも対処できる。

ここで、変調度を測定する測定する場合の基準としては、空間周波数６ｌｐ（ｌｉｎｅ ｐａｉｒ）／ｍｍの黒白周期パターンを正立等倍結像したときの変調度
を用いる。

また図６に示したように、レンズアレイ４を構成するレンズ４１の開口角と一定の関係があり、例えば１ｍｍ以上の焦点深度を得るには開口角を６°以下にする必要があり、また開口角と伝達光量とも一定の関係があり、開口角が大きくなると伝達光量も大きくなる。特に実施例で示した２枚のレンズプレート４０からなるレンズアレイ４を用いた場合には、従来のロッドレンズアレイに比較して伝達光量が大きくなる。以上の点を考慮すると、微細レンズ４１の開口角は４〜１１°の範囲、好ましくは４〜６°の範囲に設定する。

本発明に係る画像読取装置は、コピー機、ファクシミリ等として有効に利用される。

本発明に係る画像読取装置の断面図 レンズプレートを重ねた正立等倍結像系の斜視図 レンズプレートを重ねた正立等倍結像系の焦点深度と原稿との関係を示す図 焦点深度と変調度との関係を示すグラフ 従来の画像読取装置の断面図 開口角と焦点深度および伝達光量との関係を示すグラフ

符号の説明

１…画像読取装置、２…筐体、３…ライン照明装置、４…正立等倍結像系であるレンズアレイ、５…凹部、６…イメージセンサ（受光素子）、７…基板、８…原稿台、９…ゴーストカット部、３０…ケース、３１…棒状導光体、３１ａ…導光体の底部、３１ｂ、３１ｃ…導光体の側面、３１ｄ…出射面、４０…レンズプレート、４１…微小レンズ。

Claims (3)

1. 照明ユニットと、光電変換素子からなるラインイメージセンサと、前記照明ユニットからの照射光のうち原稿からの反射光を前記ラインイメージセンサに向けて集光せしめる正立等倍結像系とを備えた画像読取装置において、前記正立等倍結像系は１ｍｍ以上の焦点深度を有し、また前記照明ユニットは焦点深度範囲での照度ムラが±２０％以内であることを特徴とする画像読取装置。
   ただし、焦点深度範囲とは空間周波数６ｌｐ（ｌｉｎｅ ｐａｉｒ）／ｍｍの黒白周期パターンを正立等倍結像したときの変調度が１０％以上となる光軸上の範囲を指す。
2. 請求項１に記載の画像読取装置において、前記正立等倍結像系は、レンズプレートを複数枚重ねて構成され、各レンズプレートには多数の微小レンズが所定ピッチで規則的に２次元状に配列されていることを特徴とする画像読取装置。
3. 請求項１に記載の画像読取装置において、前記照明ユニットは光源からの光を両側面で反射して出射面から出射する棒状導光体を備え、一方の側面によって反射された光の集光位置と他方の側面によって反射された光の集光位置とが異なることを特徴とする画像読取装置。