JPH0793670B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は画像読取装置に関し、特に線状光源（蛍光灯や
ハロゲンランプ又は複数の発光素子を一次元方向に配列
したLEDアレイ光源等）と特定形状の集光レンズを用い
て原稿面を斜め方向から照明し、該原稿からの反射光束
又は透過光束を結像レンズ系を介して撮像素子面上に結
像させて該原稿面上の画像情報を順次高精度に読み取る
ようにした例えば複写機、ファクシミリ、イメージスキ
ャナー等に好適な画像読取装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より画像読取装置においては原稿面を照明する照明
部として棒状の集光レンズ付のLEDアレイを用いて該原
稿面を斜め方向から照明しているものが知られている。

そして該原稿面からの光束を結像レンズ系を介してCCD
等の撮像素子面上に結像させて原稿面よりの画像情報を
読み取っている。

この様な画像読取装置においてCCD等の撮像素子を用い
て原稿面上の画像情報の読取りを行う場合には原稿面の
照度分布（光量分布）は、できるだけ均一であることが
読取精度を向上させるのに好ましい。

第９図は従来のこの種の画像読取装置の要部概略図と原
稿面における照度分布を示した説明図である。

同図において90は集光レンズ付LEDアレイ（原稿照明
部）であり線状光源（LEDアレイ光源）91と棒状の集光
用の集光レンズ92より構成されており、原稿３を斜め下
方向から照明している。

３は原稿（例えば反射原稿又は透過原稿）であり後述す
る搬送ローラ７によって矢印Ｄの如く副走査方向に移動
している。

６は反射ミラーであり、原稿３からの反射光束を後述す
る結像手段４側に反射させることにより光路を折り曲げ
ている。４は結像手段であり原稿３からの反射光束を撮
像素子（イメージセンサー）５面上に結像させている。
撮像素子５は一次元より成る例えばCCD等から成ってい
る。搬送ローラ７は原稿３を読み取り方向に応じて搬送
させている。

同図において線状光源91から発光した光束は棒状の集光
レンズ92で集光され、該集光レンズ92により原稿３の読
取位置Ａを中心に所定領域を斜め下方より照明してい
る。

そして照明された原稿３からの反射光束は反射ミラー６
を介して結像手段４により撮像素子５面上に結像され、
これにより原稿３面上の画像情報を読取っている。

第10図はこのときの線状光源91から発する光束の空間へ
の発光エネルギー放出分布を示した説明図と後述する仮
想平面πの定義を説明する説明図である。

同図に示した様に通常線状光源91から放出される光束の
発光エネルギーの強度の値がピーク（最大）になる方向
は線状光源91の基板91aに対して略垂直上方である。

この発光エネルギーの強度の値が最大値をとる方向Ｙと
線状光源の長手方向（例えばLEDアレイのチップ配列方
向）Ｘとの２方向によって形成される仮想平面を以下仮
想平面πと定義する。

尚、仮想平面πは線状光源91の基板91aに対し線状光源9
1を含む直交平面で与えられる。

ここで前記第９図で示した従来の原稿照明部90を構成す
る棒状の集光レンズ92の原稿面３と仮想平面πに直交す
る断面形状は一般にこの仮想平面πを境にして対称面と
する面対称となっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらこの様な棒状の集光レンズを用いて原稿を
斜め下方向より照明すると下記のような問題点が生じて
くる。

線状光源（発光点）91から集光レンズ92を通過して原
稿面上の読取位置Ｂに到達するまでの光路長は線状光源
91から集光レンズ92を通過して原稿３面上の読取位置Ｃ
に到達するまでの光路長よりも短いことから読取位置Ｂ
の方が読取位置Ｃよりも照度が高くなる。

集光レンズ92の中心を通過した光束と周辺部を通過し
た光束の焦点を結ぶ結像位置がズレてしまい、特に周辺
部を通過した光束は強く曲げられ内側に周り込む現象、
所謂負の球面収差が生じてくる。

この為第９図の原稿面における照度分布に示すように各
々の読取位置Ｂ、Ｃの原稿面照度にリップルが生じてく
る。

この様な現象が現われる結果、装置のメカ精度による原
稿読取位置のズレ（読取位置Ｂ−Ｃ間）における照度の
バラツキΔＥが大きなものとなり原稿面上での照度分布
の不均一さを生じさせてくる。

この為従来の画像読取装置では装置設計上において信号
出力のマージン設定が困難をきわめ、厳しいメカ精度の
要求や調整項目が増えること等により装置のコストアッ
プの要因となってくる。

本発明は前述した従来の画像読取装置の問題点を解決す
る為に仮想平面πに対して集光レンズの形状を適切に形
成し、若しくは集光レンズの位置を偏心させることによ
り、原稿の読取位置がずれた際に生じる原稿面上の照度
のバラツキを小さく抑えることができ、高精度な読取り
を図りつつメカ精度を緩和し、調整項目を増やさずに容
易に組立てることができる安価な構成の画像読取装置の
提供を目的とする。

（問題点を解決する為の手段） 本発明の画像読取装置は、原稿面上の読取面を該読取面
に対し斜め方向から線状光源からの光束により照明し、
該読取面からの光束を結像手段により撮像素子面上に結
像させ、前記原稿面上の画像情報を読み取る画像読取装
置において、前記線状光源と前記原稿面との間に集光レ
ンズを設け、該集光レンズは、前記線状光源の発光エネ
ルギー強度が最大値をとる方向と前記線状光源の長手方
向との２方向より形成される平面πに対して非面対称な
形状の屈折面を有し、該平面πより該原稿面に近い方の
屈折面の曲率半径をRa、該平面πより該原稿面に遠い方
の屈折面の曲率半径をRbとしたとき、Ra＞Rbとなるよう
にして該原稿面上の照度分布の均一化を図っていること
を特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の画像読取装置の要部概略図
である。

同図において第９図に示した要素と同一要素には同符番
を付している。

１は線状光源であり例えば複数の発光素子を一次元方向
に配列したLEDアレイ光源、ハロゲンランプ、そして蛍
光灯等より成っており、原稿３に対して斜め方向に配置
している。

２は本発明に係る集光レンズであり原稿３の読取装置と
線状光源１との間に設けられている。集光レンズ２は前
述した仮想平面πに対して屈折面が非面対称であり、線
状光源１の長手方向、例えば複数の発光素子が並んでい
る方向に対して棒状の形状より形成されている。

本実施例では線状光源１と集光レンズ２の各要素で原稿
照明部10を構成しており、該原稿照明部10より原稿３を
斜め下方向から照明している。

本実施例においては原稿照明部10で照明された原稿３を
搬送ローラ７により同図に示す矢印Ｄの如く副走査方向
に移動させながら該原稿３からの反射光束を反射ミラー
６を介して結像手段４により撮像素子５面上に結像させ
て順次原稿３面上の画像情報を読取っている。

次に本発明に係る集光レンズ２の形状及び光学的作用に
ついて第２図を用いて説明する。

第２図は第１図に示した線状光源１及び集光レンズ２の
一部分を拡大した断面説明図である。

同図において集光レンズ２は仮想平面πに対して左右非
対称（非面対称）な面形状より成っている。

具体的には集光レンズ２の入射面と光軸との交点ａから
基板1aとの間隔d₀をd₀＝１と基準にしたとき、交点ａか
ら集光レンズ２の射出面と光軸との交点ｂまでの間隔d₁
をd₁＝11、入射面側のレンズ面2aの曲率半径R2をR2＝
５、射出面側レンズ面2bのうち片側の面2b1の曲率半径R
1をR1＝６、そして集光レンズ２の幅寸法ＤをＤ＝８の
比率にして集光レンズ２の各部の寸法を設定している。

又非対称部分である集光レンズ２の射出面側の図面上左
側の部分の面2b2（第１図において原稿面３に近い部
分）、例えば曲率中心Ｏからみて仮想平面πより30゜を
越えた部分2b2にはパワー（屈折力）をつけていない。
即ちこのノンパワー部2b2を平面より形成して他の部分2
b1（パワー部）をシリンドリカル形状より形成してい
る。これにより仮想平面πに対し左右非対称な形成を成
している。

この様な形状の集光レンズ２のノンパワー部2b2を通過
した線状光源１からの光束は原稿３の読取位置には集光
しない。この為原稿３を照明する為の照度は低下するが
読取位置Ｂ付近では球面収差による光束の周り込み現象
は発生しない。

本実施例ではこの光学的作用を利用して原稿面上の読取
位置Ｂ−Ａ間の照度分布にリップルが生じないようにし
ている。

一方、仮想平面πに対して射出面の図面上右側の部分2b
1の形状は前記第９図で示した従来の集光レンズ92の形
状（シリンドリカル形状）と同様であるので読取位置Ａ
より読取位置Ｃの方向に向うにつれて照明照度は低下す
るが、球面収差による周り込み現象により再び照明照度
は上り結局読取位置Ｂから読取位置Ｃまでは第３図に示
すように照度のバラツキをΔＥだけ小さく抑えたブロー
ド（幅広い）な原稿面照度分布を得ることができる。

特に第３図の点線で示した従来の原稿読取位置Ｂ−Ａ間
の照度分布に比べて本実施例では同図の実線で示したよ
うに照度のバラツキがΔＥとなり、極めて小さく抑えた
照度分布を得ている。これにより原稿読取位置Ｂ−Ｃ間
の照度の均一化を図っている。

この様に本実施例では集光レンズ２の屈折面形状を前述
したように仮想平面πに対し非面対称となるように形成
し、線状光源１から発光される光束を集光レンズ２によ
り効率良く原稿面上を照射させ原稿面における照度分布
の均一化を図り精度の良い読取りを行っている。

尚、本実施例において集光レンズ２の原稿面と仮想平面
πに直交する断面形状をシリンドリカル形状と平面によ
って形成して原稿面における照度分布の均一化を図って
きたが仮想平面πを境にして非面対称な形成であればど
のような形状であっても良く、例えば非球面形状を用い
て該集光レンズ２の断面形状を形成しても本発明は前述
と同様に原稿面における照度分布の均一化を図ることが
できる。

又第４図に示す様に２つの屈折面の曲率半径R1、R2を仮
想平面πを境にして図面上左右で異なる値としても良
く、例えばR1（左）＞R2（右）となるようにして集光レ
ンズ２を形成しても前述の実施例と同様に原稿面上の照
度分布のバラツキΔＥを小さく抑えることができる。

第５図、第６図は各々本発明の他の一実施例の集光レン
ズの原稿面と仮想平面πに直交する断面方向に関する説
明図と原稿面における照度分布の説明図である。

前述の実施例の集光レンズ２は、該集光レンズ２の形状
それ自体を仮想平面πに対して非面対称な形状になるよ
うに形成して線状光源１から発光された光束を集光レン
ズ２で集光し、該集光レンズ２により原稿３を斜め下方
向から照明する場合を示したが、第５図、第６図の各々
の実施例においては集光レンズ２の形状、それ自体は光
軸に対して左右対称な形状より構成し、該集光レンズ２
の対称面を仮想平面πに対して偏心させて原稿３を斜め
下方向から照明している。

即ち仮想平面πに対して集光レンズ２の形状が非面対称
となるように集光レンズ２を偏心させていることを特徴
としている。

第５図、第６図の各々の実施例においての集光レンズ２
は光軸に対して左右対称なかまぼこ型の形状を有してい
る。

第５図においては集光レンズ２を仮想平面πに対して並
行に距離ｌだけ並行偏心させて仮想平面πに対して非面
対称となるように構成している。

この時、偏心による左右非対称のコマ収差が発生し、同
図に示す様に原稿の読取位置Ａ〜Ｃ間の領域にかけて
は、集光レンズ２の曲面に入射する角度が大きい為光束
の屈折する量が大きく強く曲げられて密になる傾向を示
している。

又読取位置Ａ−Ｂ間の領域にかけては、逆に集光レンズ
２の曲面に入射する角度が小さい為光束の屈折する量が
小さく弱く曲げられ、疎になる傾向を示している。

この結果、原稿面における照度のバラツキΔＥは同図に
示した様に小さく抑えることができる。

この様に本実施例では集光レンズ２を仮想平面πに対し
て並行に偏心させたときに発生する偏心コマ収差を利用
して原稿を斜め下方向から照明する際に伴う読取位置Ｂ
（光路長の短い側）の照度が上がる現象を緩和させてい
る。これにより照度のバラツキΔＥを小さく抑えて原稿
面の照度の均一化を図っている。

第６図においては集光レンズ２を基板1aに対し角度θだ
け傾き偏心させることにより仮想平面πに対して非面対
称となるように構成している。

この時集光レンズ２を偏心させたときに発生する偏心コ
マ収差を利用して第５図の実施例と同様に原稿を斜め下
方向から照明する際に伴う読取位置Ｂ（光路長の短い
側）の照度が上がる現象を緩和させて原稿面における照
度の均一化を図っている。

この様に第５図、第６図の各実施例で示した集光レンズ
２は、かまぼこ型のレンズを利用して仮想平面πに対し
て非面対称となる様に偏心させて、この時発生するコマ
収差を利用して原稿面上における照度のバラツキΔＥを
小さく抑えている。

尚、このときの集光レンズ２の形状は両面を凸部で形成
しても最適な解は存在する。

又、前述した様に仮想平面πに対して左右非対称の形状
の集光レンズを更に仮想平面πに対して平行偏心や傾き
偏心させて配置しても良い。

以上述べた各実施例は集光レンズの原稿面と仮想平面π
に直交する断面方向についてのみ示してきたが、例えば
線状光源の長手方向にパワーを有する第７図、第８図に
各々示した様に一部が強い凸状を有する集光レンズ２、
又は段階的に凸部を配列した形状等から成る集光レンズ
２でも、仮想平面πに対して非面対称な形状であれば前
述の実施例と同様の効果が得られる。

又、各実施例において画像読取装置の原稿照明部は原稿
を斜め下方から照明して原稿の画像情報を読み取るよう
に構成したが、原稿に対して斜め上方より照明して透過
光束を用いても本発明は前述の実施例と同様の効果を得
ることができる。

又原稿走査として各実施例は原稿を搬送ローラを用いて
副走査方向に移動させ順次原稿の画像情報を読取ってい
るが、原稿を固定にして光学系を移動させて走査するミ
ラーレンズを用いたミラー走査方法を用いた装置や、結
像手段と撮像素子等の光学部材を一体化に構成して原稿
走査させる原稿の走査方法を用いた装置にも本発明は同
様に適用することができる。

（発明の効果） 本発明によれば線状光源と原稿読取位置との間に所定形
状の集光レンズを前述した仮想平面πに対して非面対称
となるように設け、該集光レンズを介して原稿面上を照
明することにより、斜め方向から原稿面を照明しても原
稿読取位置がずれた際に生じる原稿面上の照度のバラツ
キを小さく抑えることができ、これにより装置に要求さ
れるメカ精度を緩和することができ、又組立工程を容易
にした読取精度の高い安価な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】

第１図は本発明の一実施例の画像読取装置の要部概略
図、第２図は第１図で示した線状光源と集光レンズの一
部分の拡大断面図、第３図は第１図における原稿面の照
度分布の説明図、第４図は左右の曲率が異なる形状を有
する集光レンズの断面図、第５図、第６図は各々本発明
の他の一実施例の集光レンズの断面と、その方向に関す
る原稿面の照度分布の説明図、第７図、第８図は各々本
発明の他の一実施例の集光レンズの斜視図、第９図は従
来の画像読取装置の要部概略図と原稿面の照度分布の説
明図、第10図は仮想平面πの定義を説明するための説明
図と発光エネルギー分布の説明図である。 図中、１、91は線状光源、２、92は集光レンズ、３は原
稿、４は結像手段、５は撮像素子、６は反射ミラー、７
は搬送ローラー、1aは基板、10、90は原稿照明部、πは
線状光源の発光強度が最大値をとる方向と線状光源の長
手方向の２つの方向より決定される仮想平面である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原稿面上の読取面を該読取面に対し斜め方
   向から線状光源からの光束により照明し、該読取面から
   の光束を結像手段により撮像素子面上に結像させ、前記
   原稿面上の画像情報を読み取る画像読取装置において、
   前記線状光源と前記原稿面との間に集光レンズを設け、
   該集光レンズは、前記線状光源の発光エネルギー強度が
   最大値をとる方向と前記線状光源の長手方向との２方向
   より形成される平面πに対して非面対称な形状の屈折面
   を有し、該平面πより該原稿面に近い方の屈折面の曲率
   半径をRa、該平面πより該原稿面に遠い方の屈折面の曲
   率半径をRbとしたとき、Ra＞Rbとなるようにして該原稿
   面上の照度分布の均一化を図っていることを特徴とする
   画像読取装置。