JPH05328032A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受光素子からの出力信号を中心部から周辺部
にかけて略均一にして画像情報を高精度に読取るように
した画像読取装置を得ること。 【構成】 原稿を光源手段１により照明して該原稿４面
の画像情報を結像光学系により受光素子面上に結像させ
て該画像情報を読取る画像読取装置において、該光源手
段１の前面に該原稿４面に対して垂直方向の焦点位置が
主走査方向に対し変化する集光レンズ３を設けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像読取装置に関し、特
に発光ダイオードアレイ等の光源手段と所定形状の集光
レンズとを用いて原稿面上の画像情報を効果的に照明
し、該原稿面からの画像情報に基づく光束を結像光学系
を介してＣＣＤ等のラインセンサー面上に結像させて読
取る際、該ラインセンサー面上の光量分布（照度分布）
の均一化を図りつつ高精度に読取るようにした例えば複
写機、ファクシミリそしてイメージスキャナ等に好適な
画像読取装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より原稿面上の画像情報を例えばラ
インセンサー等の受光素子を用いて読取る画像読取装置
においては、原稿面上を光源手段と集光レンズとにより
照明し、該原稿面上の画像情報を結像光学系を介して受
光素子面上に所定倍率で結像させている。そして該受光
素子から出力した電気信号を画像処理部にて処理して読
取っている。

【０００３】このような画像読取装置においては受光素
子面上の光量分布（受光素子からの出力信号に相当）が
なるべく均一となるように、即ち中心部に比べて両端部
の光量落ちがなるべく少なくなるようにしている。これ
により画像情報の読取精度の向上を図っている。

【０００４】一般に原稿面上の画像を結像光学系を介し
て受光素子面上に結像させた場合、該結像光学系のコサ
イン４乗則により受光素子面上では中心部と両端部（周
辺部）に入射する光量には差が生じてくる。

【０００５】例えば半画角２０度の結像光学系を用いた
場合、受光素子面上において周辺部では中心部に比べて
２２％程光量が減少する。更に光源手段として例えば発
光ダイオードアレイを用いた場合、該発光ダイオードア
レイの端部の光量は中心部の光量に比べて減少してい
る。この為これらが原因となって受光素子面上における
中心部と周辺部（両端部）とでは光量分布が大きく異な
っていた。

【０００６】図９（Ａ）はこのような光源と半画角２０
度の結像光学系とを用いたときの画像読取装置における
ラインセンサー（ＣＣＤ）からの出力分布を示した説明
図である。同図に示すように中心出力を１００％とした
とき周辺部では出力信号は例えば３３％程低下してしま
う。

【０００７】そこで従来の画像読取装置においては上記
の問題点を解決する為に図８（Ａ），（Ｂ）に示すよう
な光学系を用いていた。即ち結像光学系８９の前方に原
稿（画像）８１の中心部から周辺部にかけて光束の通過
量が増大するような開口部８３ａを有した光量補正板８
３を設け、これにより受光素子（１次元ラインセンサ
ー）８２の各素子に入射する光量を調整している。

【０００８】尚、図８（Ａ）は従来の画像読取装置の光
学系の要部概略図であり、同図（Ｂ）はその一部分の要
部斜視図である。

【０００９】各図の各要素について説明すると、同図
（Ａ）において原稿台ガラス８４上に載置した原稿（画
像）８１は例えば発光ダイオードアレイから成る光源８
５で照明して不図示の搬送ローラにより副走査方向に移
動している。このとき原稿８１面からの反射光束を順次
反射ミラー８６，８７，８８を介して光路を折曲げ後述
する開口を有する光量補正板８３を介して結像光学系８
９に入射させている。そして結像光学系８９により受光
素子（１次元ラインセンサー）８２面上に原稿８１面上
の画像を結像させ、該原稿８１面上を走査しながら順次
画像を読取っている。

【００１０】尚、同図において原稿８１面を走査する
際、光路長を一定に保つ為、光源８５と反射ミラー８６
は速度Ｖで、又反射ミラー８７，８８は速度Ｖ／２で副
走査方向に同期をとりながら移動させている。

【００１１】光量補正板８３は同図（Ｂ）に示したよう
に開口部８３ａが結像光学系８９の光軸ｎと不図示のラ
インセンサーの長手方向ｍに直交する方向Ｌに対して左
右対称な形状より成っている。そして不図示の光源から
の光束を中心部では周辺部に比べ遮光量が多くなるよう
にしてラインセンサー（８２）へ入射させ、これにより
通過光束の調整を行なっている。

【００１２】即ち、同図における開口部８３ａは軸上近
傍の開口形状の寸法を周辺部の開口形状の寸法よりかな
り小さくして軸上光束の通過光束量を軸外に比べて少な
くなるように調整している。これにより図９（Ｂ）に示
すようにラインセンサーからの出力信号が中心部と周辺
部とで略均一になるようにしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図８に示した従来の画
像読取装置においては、ラインセンサー８２からの出力
信号の均一化を図る為、光量補正板８３を用いて構成し
ている。この為該光量補正板８３を支持する支持部材が
必要となり、この為部品点数の減少化と省スペース化を
図るのが難しかった。

【００１４】又、前記の構成でラインセンサーから均一
なる出力信号を得る為には結像光学系８９の光軸ｎ及び
光源８５の中心に光量補正板８３の中心が位置するよう
に配置しなければならなかった。この為、光量補正板８
３に高い加工精度と高い取付け精度が要求され装置のコ
ストアップの要因となっていた。

【００１５】又、装置全体のコンパクト化を図る為に結
像光学系を例えば半画角２５度の広画角のレンズを用い
て構成した場合、該結像光学系のコサイン４乗則の影響
によりラインセンサー面上においての周辺部では中心部
に対して例えば３３％程光量落ちとなってしまう。

【００１６】更に光源の光量分布（照度分布）を含める
とラインセンサーの周辺部からの出力信号（ラインセン
サーに入射する光量に相当）は中心部に対して例えば４
０％以上の低下となってしまう。

【００１７】この周辺部での大幅な光量落ちを解決する
為に前述した図８（Ｂ）に示した形状の光量補正板を結
像光学系の前方に配置した場合、該光量補正板の中心部
（開口部の狭い像高）ではメリ方向（主走査方向）に対
しサジ方向（副走査方向）に開口部が狭い。即ち結像光
学系のサジ方向のＦナンバーがメリ方向に比べて暗くな
る。その為軸上のサジ方向のＭＴＦ値が低下してくると
いう欠点があった。

【００１８】本発明は光源手段の前面に原稿面に対して
垂直方向の焦点位置が主走査方向（長手方向）に変化す
る所定形状の集光レンズを設けることにより、受光素子
面上の光量分布の均一化を図り、これにより原稿面上の
画像を高精度に読取るようにした画像読取装置の提供を
目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の画像読取装置
は、原稿を光源手段により照明して該原稿面の画像情報
を結像光学系により受光素子面上に結像させて該画像情
報を読取る画像読取装置において、該光源手段の前面に
該原稿面に対して垂直方向の焦点位置が主走査方向に対
し変化する集光レンズを設けたことを特徴としている。

【００２０】特に前記集光レンズは副走査方向の屈折力
が主走査方向に連続的に変化していることや、前記集光
レンズは副走査方向の屈折力が主走査方向に前記結像光
学系の光軸を中心に対称に連続的に変化していること等
を特徴としている。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の実施例１の画像読取装置の主
要部分の原稿面近傍の説明図である。

【００２２】図２は図１の副走査方向の断面図、即ち原
稿面と垂直方向で、かつ副走査方向の断面図である。同
図では光源手段から発光した光束が本発明に係る集光レ
ンズの特定の位置を通過したときの結像状態を示してい
る。

【００２３】図１，図２において２は基板、１は光源手
段であり、複数の発光ダイオード１ａを基板２の長手方
向（主走査方向）に沿って１次元的にアレイ状（以下
「発光ダイオードアレイ１」と称す）に並置している。
３は発光ダイオードアレイ１から発光した光束を集光す
る為の集光レンズであり、プラスチックモールド又はガ
ラスモールド等で加工されており、発光ダイオードアレ
イ１の前面に設けている。

【００２４】本実施例における集光レンズ３は原稿４面
上の主走査方向（長手方向）には屈折力（パワー）を持
たず原稿（画像）４面に対して副走査方向のみ曲率（屈
折力）を有しており、該曲率は原稿４面上の主走査方向
に沿って順次変化している。４は反射型原稿（画像）で
ある。

【００２５】次に本発明に係る集光レンズ３の特定の位
置を通過したときの発光ダイオードアレイ１から発光し
た光束の副走査断面内における結像状態（焦点位置）に
ついて図２を用いて説明する。

【００２６】同図（Ａ）は集光レンズ３の中心部Ｏを通
過したときの光束の結像状態を示しており、同図（Ｂ）
は集光レンズ３の中心部Ｏと端部との間の略中心の中点
１ａ（２ａ）を通過したときの光束の結像状態を示して
おり、又同図（Ｃ）は集光レンズ３の周辺部１ｂ（２
ｂ）を通過したときの光束の結像状態を示している。

【００２７】本実施例においては原稿４面の主走査方向
の中心部から周辺部に向かうに従って集光レンズ３の原
稿４面の副走査方向の曲率を中心部Ｏではゆるく周辺部
１ｂ（２ｂ）に向かうに従って順次きつくなるように設
定している。

【００２８】即ち、同図（Ａ）に示すように集光レンズ
３の中心部Ｏを通過したときの光束は原稿４面より遠方
の位置Ｘに結像するように、即ち焦点が位置するように
している。又同図（Ｂ）に示すように集光レンズ３の中
点１ａ（２ａ）を通過したときの光束は中心部Ｏを通過
した光束の結像位置Ｘよりやや原稿４面側に近い位置Ｙ
に結像するように、即ち焦点が位置するようにしてい
る。更に同図（Ｃ）に示すように周辺部１ｂ（２ｂ）を
通過したときの光束は原稿４面上の位置Ｚに結像するよ
うに、即ち焦点が位置するようにしている。

【００２９】このときの原稿４面上における主走査方向
の光量分布は例えば図３に示すように中心部は周辺部
（物高±１０８ｍｍ）に比べて例えば２２％程低くなる
ようにしている。

【００３０】この照明状態で原稿４面からの反射光束を
例えば半画角２０度の結像光学系を介して１次元ライン
センサーから成る受光素子面上に結像させる。そうする
と該結像光学系は前述した如くコサイン４乗則の影響に
よりラインセンサーに入射する光量（ラインセンサーか
らの出力信号に相当）は中心部に対して周辺部では２２
％程低下するので、この結果該ラインセンサーの中心部
から周辺部にかけて略均一な出力信号が得られる。本実
施例ではこれにより高精度な画像の読取りを行なってい
る。

【００３１】このように本実施例においては原稿４面に
対する垂直方向の集光レンズの焦点位置（結像位置）が
主走査方向に沿って変化するようにしている。これによ
り従来光量を調整する為に用いていた光量補正板を用い
ずにラインセンサーからの出力信号を中心部と周辺部と
で略均一にし、かつ装置全体として部品点数の減少化及
び省スペース化そして低コスト化を図っている。

【００３２】次に本発明の実施例２として装置全体のコ
ンパクト化を図る為、結像光学系に半画角２５度の広角
レンズを用いて構成した場合について説明する。

【００３３】一般に結像光学系を半画角２５度の広角レ
ンズで構成した場合には、該結像光学系のコサイン４乗
則によりラインセンサー面上においては中心部に対して
周辺部では３３％程光量落ちが生じる。

【００３４】そこで本実施例においては前記実施例１で
示した集光レンズ３と図４に示した光束の通過量を制限
する為の光量補正板４１とを併用して画像読取装置を構
成している。これにより周辺部での大幅な光量落ちを防
止しラインセンサー面上に入射する光量（ラインセンサ
ーからの出力信号に相当）を略均一にしている。

【００３５】即ち、本実施例において前述の実施例１と
異なる点は装置全体のコンパクト化を図る為結像光学系
に広画角レンズを用い、このとき実施例１で示したのと
同様の集光レンズ３と光量補正板４１とを併用して画像
読取装置を構成したことである。

【００３６】本実施例における光量補正板４１は前記図
８（Ｂ）に示した従来の光量補正板８３に比べ中心部の
開口が広く周辺部に対して中心部の通過光量を約１４％
削減させて形成している。この光量補正板４１により原
稿面からの反射光束のうち通過光束を効果的に調整し結
像光学系を介して例えばラインセンサー面上に結像させ
たとき、該ラインセンサーからの出力信号が中心部と周
辺部とで略均一になるようにしている。

【００３７】このように本実施例においては光源手段と
しての発光ダイオードアレイの前面に前述した形状の集
光レンズと光量補正板とを効果的に組み合わせて配置し
画像読取装置を構成することにより、結像光学系のサジ
方向（副走査方向）のＭＴＦの大幅な低下を招くことな
く装置全体をコンパクト化にして良好なる画像の読取り
を行なっている。

【００３８】図５は本発明の実施例３の画像読取装置の
主要部分の原稿面近傍の説明図である。図６は図５の副
走査方向の断面図であり、前述した実施例１と同様に光
源手段から発光した光束が本実施例に係る集光レンズ５
３の特定の位置を通過したときの結像状態を示してい
る。図５，図６において前記図１，図２に示した要素と
同一要素には同符番を付している。

【００３９】図５，図６において５３は集光レンズであ
り、発光ダイオードアレイ１の前面に設けており、原稿
４面の副走査方向（サジ方向）の曲率は主走査方向に対
していずれの位置においても同一となるように設定して
いる。

【００４０】又、集光レンズ５３は主走査方向に対して
中心部から周辺部に向かうに従って原稿４面までの距離
（光路長）が異なるように湾曲した形状より形成してい
る。即ち、主走査方向に対して集光レンズ５３の中心部
Ｏでは原稿４面までの距離が最も長く中心部Ｏから周辺
部１ｂ（２ｂ）に向かうに従って順次短かくなるように
該集光レンズ５３の形状を形成している。

【００４１】次に本実施例に係る集光レンズ５３の特定
の位置を通過したときの発光ダイオードアレイからの光
束の結像状態（焦点位置）について図６を用いて説明す
る。

【００４２】本実施例においては同図（Ａ）に示すよう
に集光レンズ５３の中心部Ｏを通過したときの光束は原
稿４面より手前の位置Ｘで結像するようにしている。又
同図（Ｂ）に示すように集光レンズ５３の中点１ａ（２
ａ）を通過した光束は中心部Ｏを通過したときの光束の
結像位置Ｘよりもやや原稿４面側の近い位置Ｙで結像す
るようにしている。更に同図（Ｃ）に示すように集光レ
ンズ５３の周辺部１ｂ（２ｂ）を通過した光束は原稿４
面上の位置Ｚで結像するようにしている。

【００４３】このときの原稿４面上における主走査方向
の光量分布は前記実施例１と同様に図３に示したように
中心部は周辺部に比べて２２％程低くなるようにしてい
る。この照明状態で原稿４面からの反射光束を例えば半
画角２０度の結像光学系を介してラインセンサー面上に
結像させたとき、該ラインセンサーの中心部と周辺部と
からの出力信号は略均一となる。本実施例ではこれによ
り良好なる画像の読取りを行なっている。

【００４４】次に実施例４として前記実施例１で示した
集光レンズ３の原稿４面に対しての副走査方向の曲率を
実施例１とは逆に設定したときについて図７を用いて説
明する。

【００４５】図７は本実施例の主要部分の副走査方向の
断面図であり、前記実施例１と同様に光源手段（発光ダ
イオードアレイ）から発光した光束が本実施例に係る集
光レンズ７３の特定の位置を通過したときの結像状態
（焦点位置）を示している。尚、図７において前記図２
に示した要素と同一要素には同符番を付している。

【００４６】本実施例においては集光レンズ７３の副走
査方向の曲率を中心部Ｏから主走査方向の周辺部１ｂ
（２ｂ）に向かうに従ってゆるくなるように設定してい
る。即ち同図（Ａ）に示すように集光レンズ７３の中心
部Ｏを通過したときの光束は原稿４面の手前の位置Ｘに
結像するように、即ち焦点が位置するようにして、又同
図（Ｃ）に示すように周辺部１ｂ（２ｂ）を通過したと
きの光束は原稿４面上の位置Ｚに結像するように、即ち
焦点が位置するようにしている。

【００４７】これにより原稿４面上における主走査方向
の光量分布は前記図３に示したように中心部は周辺部に
比べて２２％程低くなり、この結果原稿４面からの反射
光束を例えば半画角２０度の結像光学系を介してライン
センサー面上に結像させたとき、該ラインセンサーの中
心部から周辺部における出力信号を略均一にすることが
できる。

【００４８】このように本実施例においては前述の如く
原稿面に対して副走査方向の集光レンズ７３の曲率を前
記実施例１で示した集光レンズ３の曲率とは逆にして設
定して実施例１と同様な効果を得ている。

【００４９】尚、以上の各実施例においては発光ダイオ
ードアレイ（光源手段）と集光レンズとを用いて原稿
（画像）を照明したが、光源手段として例えば螢光灯等
の線状光源でも良い。又集光レンズの代わりに原稿面の
垂直方向の結像位置、即ち焦点位置が主走査方向に対し
て変化する光学部材であればどのような光学部材を用い
ても本発明は適用することができる。

【００５０】又、各実施例においては被照射原稿（画
像）として反射型原稿を用いて説明したが、透過型原稿
を用いても本発明は適用することができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば光源手段の前面に原稿面
に対して垂直方向の焦点位置が主走査方向に対して変化
する集光レンズを設け、光源手段から発光した光束で該
集光レンズを介して原稿面上を照明することにより、受
光素子からの出力信号を中心部から周辺部にかけて略均
一にすることができ、これにより高解像で画像の読取り
ができ、又部品点数の減少化及び省スペース化を図るこ
とができる画像読取装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の画像読取装置の主要部分
の原稿面近傍の説明図。

【図２】 図１の副走査方向の断面図。

【図３】 本発明の実施例１の原稿面上における光量分
布の説明図。

【図４】 本発明の実施例２で用いる光量補正板の説明
図。

【図５】 本発明の実施例３の画像読取装置の主要部分
の原稿面近傍の説明図。

【図６】 図５の副走査方向の断面図。

【図７】 本発明の実施例４の主要部分の副走査方向の
断面図。

【図８】 （Ａ）は従来の画像読取装置の光学系の要部
概略図、（Ｂ）は図８（Ａ）の一部分の拡大説明図。

【図９】 （Ａ），（Ｂ）は各々受光素子（ＣＣＤ）か
らの出力信号を示す説明図。

【符号の説明】

１ 発光ダイオードアレイ １ａ 発光ダイオード ２ 基板 ３，５３，７３ 集光レンズ ４ 原稿 ４１ 光量補正板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原稿を光源手段により照明して該原稿面
   の画像情報を結像光学系により受光素子面上に結像させ
   て該画像情報を読取る画像読取装置において、該光源手
   段の前面に該原稿面に対して垂直方向の焦点位置が主走
   査方向に対し変化する集光レンズを設けたことを特徴と
   する画像読取装置。
2. 【請求項２】 前記集光レンズはプラスチックモールド
   より成っ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. 【請求項３】 前記集光レンズはガラスモールドより成
   っていることを特徴とする請求項１記載の画像読取装
   置。
4. 【請求項４】 前記集光レンズは副走査方向の屈折力が
   主走査方向に連続的に変化していることを特徴とする請
   求項１記載の画像読取装置。
5. 【請求項５】 前記集光レンズは副走査方向の屈折力が
   主走査方向に前記結像光学系の光軸を中心に対称に連続
   的に変化していることを特徴とする請求項１記載の画像
   読取装置。