(57)【要約】【課題】  光源を撮像素子と結像レンズの間に設置することによって、従来必要としていた原稿面直前の光源やリフレクタを排除することができ、低コスト化ができると同時に小型化（とくに厚さ方向の低減が可能）を実現できる画像読み取り装置を提供する。【解決手段】  １次元光源３５で原稿３１面を照明し、この原稿３１を走査することによって１次元撮像素子３３と結像レンズ３４によって線順次に原稿画像を読み取る画像読み取り装置において、前記撮像素子３３と前記結像レンズ３４の間に前記１次元光源３５からの光を前記結像レンズ３４に導くハーフミラー３６を設置し、前記原稿３１面の垂線と前記結像レンズ３４による読み取り光軸が一致しないように光学系を構成する。【選択図】        図１
2005242263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元光源で原稿面を照明し、この原稿を走査することによって１次元撮像素子と結像レンズによって線順次に原稿画像を読み取る画像読み取り装置において、前記撮像素子と前記結像レンズの間に前記１次元光源からの光を前記結像レンズに導くハーフミラーを設置し、前記原稿面の垂線と前記結像レンズによる読み取り光軸が一致しないように光学系を構成することを特徴とする画像読み取り装置。
【請求項２】
１次元光源とハーフミラーとの間に、シリンドリカルレンズを設置して、前記１次元光源の発光位置を前記結像レンズの結像位置とすることを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。
【請求項３】
前記１次元光源の前面にスリットを設置することを特徴とする請求項１または２記載の画像読み取り装置。
【請求項４】
前記１次元光源が固体発光素子であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の画像読み取り装置。
【請求項５】
前記１次元光源と前記シリンドリカルレンズが発光素子と導光路とから構成されていることを特徴とする請求項２記載の画像読み取り装置。
【請求項６】
前記１次元光源の照明サイズが、前記撮像素子の撮像領域より大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項記載の画像読み取り装置。
【請求項７】
前記１次元光源の１次元方向と直交する照明サイズが前記撮像素子の撮像領域より小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項記載の画像読み取り装置。
【請求項８】
前記導光路に異なる発光波長である複数個の発光素子が接続されていることを特徴とする請求項５記載の画像読み取り装置。
【請求項９】
前記結像レンズの撮像素子側に、前記１次元光源の発光波長に合わせた減反射コーティングを施していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項記載の画像読み取り装置。
【請求項１０】
前記原稿面の垂線と前記結像レンズなどによる読み取り光軸のなす角度が、２２．５度より小さく、１５度より大きいように前記光学系を配置することを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。
【請求項１１】
前記１次元光源の照明光が結像レンズを通じて原稿面に到達し、さらに結像レンズを通じて撮像素子に入射する際、１次元方向での照明光強度分布が一定になるように、スリットの幅を１次元方向で変化させることを特徴とする請求項３記載の画像読み取り装置。
【請求項１２】
前記１次元光源の照明光が結像レンズを通じて原稿面に到達し、さらに結像レンズを通じて撮像素子に入射する際、１次元方向での照明光強度分布が一定になるように、前記１次元光源が発光することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項記載の画像読み取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルＰＰＣなどに搭載され、固体撮像素子、結像レンズ、及び照明装置を搭載した縮小光学系を有するフィルムスキャナやブック原稿などのスキャナ（原稿台上面）等における画像読み取り装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、画像読み取り装置に関して、光源を原稿面から遠くに配置することによって、フレア現象を減らす技術が提案されている（例えば特許文献１ないし４参照）。
このうち、特許文献１及び２においては、原稿からの反射光を再度反射させるリフレクタと光源との構成について、リフレクタを排除し、光源を原稿面から遠くに配置することで、フレア現象を減らすことが開示されており、特許文献１においては、リフレクタの排除によるコストダウンを図っている。
また、特許文献３においては、撮像素子の上側及び下側に光源を配置して、撮像素子の結像光学系を共用しながら、原稿面そばに設置した専用ミラーを用いて読み取り位置を照明するものである。
さらに、特許文献４においては、ハーフミラーを用いて撮像素子と光源が結像光学系を共用することによって、同一位置に読み取り／照明する構成を取っている。
上記各特許文献においては、リフレクタを排除し、光源を原稿面傍から離した構成を実現しており、低コスト、フレア現象の低減による高画質読み取り、小形化を達成しているが、以下のような問題が発生し、もしくは残っている。
１）特許文献１ないし３においては、読み取り光軸と照明光軸がほぼ同じで、原稿に対して垂直であるため、原稿の光沢によって読み取り値が変化してしまう（少なくとも原稿面の法線とのなす角度については規定されていない）。
２）特許文献１及び２においては、光源が原稿面から遠く離れた構成であるため、原稿面での必要照明光量を達成するには、強力な光源か、レンズなどを用いた集光部品が必要となり、逆にコストアップ要因となる。また、光源に必要な電力についても大きなものとなってしまう。
３）特許文献１及び２においては、レイアウト上結像レンズの下などに光源を配置するケースもあるが、画像読み取り装置自体を嵩高にしてしまうことになり、リフレクタ等を排除したことによる小型化を無効にしてしまう。
４）特許文献１ないし３においては、照明の光軸と読み取り光軸は完全には一致していないので、原稿に浮きなどが生じ、ブック原稿の中央に生ずる浮き部などの読み取りにおいて、照明光が暗くなってしまう。
５）特許文献４においては、ハーフミラーによって形成した２つの結像位置のそれぞれに、光源と撮像素子を配置するので、一方の素子が邪魔となり、画像読み取り装置自体の小型化に対する阻害要因となる。
例として述べれば、撮像素子を従来の位置としたハーフミラーによるもう一方の結像位置に光源を配置する場合、ハーフミラーでの光分岐位置を１次元撮像素子全域で同じにするには、前記光源はハーフミラーの上方もしくは下方とならざるを得ない。
とくに上方に光源を設置する場合は、画像読み取りに必要な走行体の邪魔となるため、それなりのギャップが必要となる。また、下方に設置する場合も、画像読み取り装置の嵩の厚さを増やしてしまう。
【特許文献１】特開２０００−２５３２１３公報
【特許文献２】特開２０００−２５０１４６公報
【特許文献３】特開平１０−１９０９９０号公報
【特許文献４】特開平９−５１４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の各特許文献での問題点からも判明するように、スキャナに関しては以下の５つ課題、すなわち（１）省エネルギ、（２）小型化（薄型化）、（３）低コスト化、（４）フレア低減（高画質化）、および（５）ブック原稿影防止（高画質化）に対応することが望まれている。
ここで、上記課題を説明する前に縮小光学系を搭載した一般的な画像読み取り装置の構成について説明する。図１３は一般的な画像読み取り装置の構成を示す概略斜視図である。図１４は図１３の構成を側面から見た概略側面図である。
図１３および図１４において、画像読み取り装置１にあって原稿２はコンタクトガラス３上に設置され、結像レンズ１１は照明ランプ４の光、および照明ランプ４の光を受けたリフレクタ５の光が撮像領域６に照射される。
この撮像領域６からの反射光が第１走行体７、および第２走行体８内の折り返しミラー９を通して結像レンズ１１によって１次元撮像素子１２に結像し、この１次元撮像素子１２が撮像領域６の画像を１次元の線として取得する。
すなわち、この画像読み取り装置１は、第１走行体７と第２走行体８は駆動伝達手段１４を通じてモータ１３による駆動を受け、撮像領域６の撮像が結像レンズ１１の結像位置に現れ、この結像位置が１次元撮像素子面１２になる状態を保ちながらコンタクトガラス３面において走行することで、コンタクトガラス３上にある原稿画像２を１次元撮像素子１２にて２次元の面として取得する画像読み取り装置である。
【０００４】
通常１次元撮像素子１２として１次元ＣＣＤが用いられ、結像レンズ１１はコンタクトガラス３面の線状画像を縮小して１次元撮像素子１２上に結像している。第１走行体７が走査する方向を副走査方向と呼び、１次元撮像素子１２が読み取る画像方向を主走査方向と呼ぶ。
通常スキャナの画像解像度は、ｄｐｉ（ドット／ｉｎｃｈ）で表され、デジタルＰＰＣに搭載されるスキャナは４００ないし６００ｄｐｉである場合が多い。
とくにカラースキャナでは、ＲＧＢの各光に感度を有する３ラインのＣＣＤを副走査方向に配置した、３ラインＣＣＤを撮像素子として用いることが多い。
各画素列の間は、ＣＣＤ画素の副走査読み取り領域の４ないし８倍程度の距離があり、必ずしも一体となっている訳ではない。また、これを上記画像読み取り装置１に搭載した場合、各ＲＧＢＣＣＤ画素の読み取り位置は、副走査方向にずれて読み取ることになり、当然照明も各読み取り位置ごとにする必要がある。
図１５は図１の画像読み取り装置１の撮像素子１２と結像レンズ１１に関する構成を示す概略図である。図１５のように、縮小光学系であるが、撮像素子１２と結像レンズ１１から、途中のミラーなどの光学系を用いること無く、原稿台１６上に原稿２を設置して、その画像を読み取る形式の画像読み取り装置も可能である。
本形式では撮像素子１２に１次元ＣＣＤを用いた場合、原稿台１６を１方向に走査するか、または、結像レンズ１１および撮像素子１２をまとめて１方向に走査することで、原稿２の２次元の面状画像を読み取ることができる。
本形式での照明は、自然光（室内光）を用いるか、原稿台１６上を均一に照明する光源を設置するのが一般的である。ただし、自然光を用いた場合、光量が不安定であり、照度も低い場合が多いため、高画質に画像読み取りが行えないという問題がある。
【０００５】
スキャナの省エネルギについて述べる。スキャナにおいて最も消費電力が大きい構成要素は照明ランプ４である。とくに画像読み取り速度が速くなるほど、ＣＣＤの電荷蓄積時間が短くなり、結果的に高輝度な照明ランプ４が必要になり、消費電力が大きくなる。
図１６は画像読み取り装置の読み取り領域と照明の関係を示す説明図である。これまではより発光効率の高いランプとして、ハロゲンからキセノン、ＬＥＤへと光源を切り換えることで対応してきた。
しかしながら、図１６に示すように、原稿２の面上でのＣＣＤの読み取り可能領域１７に対して、光源４からの照明光１９による照明領域１８は、はるかに広いのが現状である。
６００ｄｐｉのスキャナを例にとると、必要な照明幅は４２．３μｍであるのに対して、実際は２０ｍｍ程度の幅を照明している。単純にそのエネルギ効率を比較すれば０．５％程度しかない。つまり残りの約９９．５％は無駄なエネルギということになる。
小型化（薄型化）について述べる。スキャナ１は装置全般の小型化の要求によって、特に厚さ方向を狭めようとしてきた。縮小光学系で第１、第２走行体７、８を有したスキャナ１では、とくに第１走行体７にある照明ランプ４とリフレクタ５がレイアウト上小型化に対する最大の制約条件であり、薄型化を阻害してきた。
とくにスキャナ１を搭載しているデジタルＰＰＣにおいては、プリンタ側が大きくなるとスキャナ１の原稿２面が高くなり、身長の低い人による原稿設置操作などが面倒になるという問題も発生していた。
低コスト化について述べる。スキャナ１のコスト構成上、大きな要素にＣＣＤ１２や結像レンズ１１があるが、これに準じるものとして照明ランプ４およびその付随品がある。
とくにキセノンランプなどは高電圧を必要とするためパワーパックが必要である。また、第２走行体８上にランプを設置するため、フレキシブルな電源ラインも必要である。
【０００６】
フレアについて述べる。スキャナ１には照明装置が内蔵されており、一般的なスキャナではライン状に原稿２を読み取り、これを走査することで２次元の画像を読み取っている（これを線順次画像読み取りという）。
特に読み取りのライン方向を主走査と呼び、主走査に垂直で原稿面に平行な方向を副走査と呼ぶ。その際、フレアと呼ばれる現象が生じることが知られている。
図１７は画像読み取り装置の照明状態を示す概略図である。図１７では照明装置（ランプ）４として蛍光管を用いている。図５の画像読み取り装置で生じるフレア現象を説明する。
照明装置４からの照明光１９が直接、もしくはリフレクタ５を経由して原稿２面に当って反射し、照明装置４の開口部４ａを通って蛍光面２０を反射して再度原稿を再照明する再照明光２１を生じる。照明装置４から原稿２面に到達する照明光１９を１次照明光、原稿２面を反射して再度原稿２面を照明する光を２次照明光とする。
このフレア現象が生じると同一原稿濃度なのに、その周辺の原稿濃度の差によって、スキャナ読み取り画像信号が変化する。これは２次照明光が原稿２面で反射するさいに原稿濃度によって反射光量が変化するため、１次照明光と２次照明光の合計である照明光が原稿濃度によって変わってしまうことから生じる。とくに上記現象は、原稿において急激に濃度が変化する部位で目立つ。
【０００７】
図１８は実際にフレア現象が生じた読み取り画像例を示す概略図である。黒パターン部２２に挟まれた境界部２３が白パターン部２４と比べて暗く読み取られている。
原稿の白パターン部２４は濃度が均一であるため、明らかに読み取り画像としては劣化していることになる（理想的には境界部２３と白パターン部２４は同じ明るさにならなければならない）。
これは黒パターン部２２に挟まれた領域をスキャナが読んだ際、その両側が黒いため、２次照明光が白パターン部２４を読み取った場合と比較して相対的に減ってしまうためである。
全般に原稿反射率が低い領域ほどスキャナ１は暗く画像を読み取り、原稿反射率が高い領域ほどスキャナ１は明るく画像を読み取ることになる。つまり黒文字原稿において文字内の白部がスキャナ画像においては暗くなり、結果的にコントラストが低下して読みづらくなってしまうなどの不良となって認識される。
これは２次照明光が基本的には原稿２面で照明光１９が反射した位置を中心に再照明しており、そのため、原稿２の急激な濃度変化（白黒パターンの境界部２３など）があった場所でより２次照明光の変化が大きくなってしまうからである。
そこでスキャナ１の設計段階においては、原稿面を反射した２次照明光が再度原稿を照明しないように、光学系部品を黒く塗装し、あるいはレイアウトを適正化するなどの対応をしているが、２次照明光による再照明を完全にはなくせず、読み取り画像品質上の課題となっていた。とくに文字部の周辺が急激に暗くなり、コピー画像などで地汚れが発生して、極端な画像品質劣化を招く場合があった。
図１９はブック原稿影について説明する概略図である。ブック原稿影に関して言えば、ブック原稿２５をコンタクトガラス３上に設置して画像読み取りを行う場合、本の中央部２６が浮いてしまう（図１９参照）。
これを通常の画像読み取り装置での照明光学系で読むと、撮像素子１２の読み取り位置１７に照明光１９が到達せず、読み取り画像が暗くなってしまうという問題があった。
本発明の目的は、上述した実情を考慮して、光源を撮像素子と結像レンズの間に設置することによって、従来必要としていた原稿面直前の光源やリフレクタを排除することができ、低コスト化ができると同時に小型化（とくに厚さ方向の低減が可能）を実現できる画像読み取り装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、１次元光源で原稿面を照明し、この原稿を走査することによって１次元撮像素子と結像レンズによって線順次に原稿画像を読み取る画像読み取り装置において、前記撮像素子と前記結像レンズの間に前記１次元光源からの光を前記結像レンズに導くハーフミラーを設置し、前記原稿面の垂線と前記結像レンズによる読み取り光軸が一致しないように光学系を構成する画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、１次元光源とハーフミラーの間に、シリンドリカルレンズを設置して、前記１次元光源の発光位置を前記結像レンズの結像位置とする請求項１記載の画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記１次元光源の前面にスリットを設置する請求項１または２記載の画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記１次元光源が固体発光素子である請求項１ないし３のいずれか一項記載の画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記１次元光源と前記シリンドリカルレンズが導光路と発光素子から構成されている請求項２記載の画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記１次元光源の照明サイズが、前記撮像素子の撮像領域より大きい請求項１ないし４のいずれか一項記載の画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記１次元光源の１次元方向と直角な照明サイズが前記撮像素子の撮像領域より小さい請求項１ないし４のいずれか一項記載の画像読み取り装置を特徴とする。
【０００９】
また、請求項８に記載の発明は、前記導光路に異なる発光波長である複数個の発光素子が接続されている請求項５記載の画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、前記結像レンズの撮像素子側に、前記１次元光源の発光波長に合わせた減反射コーティングを施している請求項１ないし８のいずれか一項記載の画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、前記原稿面の垂線と前記結像レンズなどによる読み取り光軸のなす角度が、２２．５度より小さく、１５度より大きいように前記光学系を配置することを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、前記１次元光源の照明光が結像レンズを通じて原稿面に到達し、さらに結像レンズを通じて撮像素子に入射する際、１次元方向での照明光強度分布が一定になるように、スリットの幅を１次元方向で変化させる請求項３記載の画像読み取り装置を特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、前記１次元光源の照明光が結像レンズを通じて原稿面に到達し、さらに結像レンズを通じて撮像素子に入射する際、１次元方向での照明光強度分布が一定になるように前記１次元光源が発光する請求項１ないし５のいずれか一項記載の画像読み取り装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１に、撮像素子の読み取り領域のみ正確に照明でき、また１次元光源から発光された照明光を、１次元光源を結像レンズ側に近づけたことで、結像レンズに多く入射させて原稿面まで導くことができるため、１次元光源に必要な光量が少なくて済み、省エネルギである。
第２に、読み取り光軸と照明光軸が同一結像レンズによって共通化しているため、ブック原稿など、原稿面の高さが変化しても照明位置と読み取り位置がずれることが無い。また、原稿面の法線（垂線）と読み取り／照明光軸が平行でないため、原稿の光沢による正反射光の影響を受けることが無い。
さらに、照明光の範囲が狭く、不要領域に照明光があたらないため、そこからの照り返しによるフレアが発生することが無い。これら３つの効果によって高品位に原稿の画像を読み取れる。
第３に、１次元光源を撮像素子と結像レンズの間に設置することで、従来必要としていた原稿面直前の光源やリフレクタを排除することができるため、低コスト化ができると同時に小型化（とくに厚さ方向の低減が可能）を実現できる。とくに２つの走行体を有した画像読み取り装置では、第１ミラーを傾けると、第１ミラーと原稿面までの距離を縮められるのでより効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による画像読み取り装置の第１の実施形態の構成を示す概略図である。
図１の画像読み取り装置３０は、原稿３１を設置するコンタクトガラス３２と、原稿３１を反射した光画像を撮像素子３３に結像させる結像手段（結像レンズ）３４と、原稿３１を照明する光源（１次元光源）３５と、前記結像手段３４での像面を２面形成するハーフミラー３６からなる。
ハーフミラー３６が形成した一方の像面に撮像素子３３を設置し、もう一方の像面より前方に１次元光源３５を設置する。１次元光源３５から照射された照明光は、ハーフミラー３６で折り返されて結像レンズ３４の作用により、折り返しミラー４０などを経て、撮像素子３３の原稿３１面での画像読み取り範囲に相当する範囲を照明することになる。
ただし１次元光源３５による照明光は、結像レンズ３４の像面より前方から射出されるため、原稿３１面では読み取り範囲よりも広がって（絞られないで）照明されることになる。原稿３１面でこの原稿３１の濃度に応じて照明光が反射し、結像レンズ３４によってハーフミラー３６を通じて撮像素子３３で像を結ぶ。
本実施形態では、原稿面３１の法線（垂線）３７と、原稿３１面近辺での読み取りおよび照明光軸３８が一致しておらず、一定の角度を有する構成となっている。照明光でもある照明光軸３８は、原稿３１面に到達して反射する際、その正反射成分は正反射光軸３９の方向となる。
正反射光軸３９と読み取り光軸でもある照明光軸３８とは異なるため、撮像素子３３には、原稿３１面での光軸３９の正反射光成分は入射しないことになる。つまり原稿面３１に到達した照明光のうち拡散反射成分のみが撮像素子３３に入射することになり、原稿面３１の光沢の変動を受けないことになる。
仮に、正反射光成分を撮像素子３３が読み取る構成にした場合、原稿３１の光沢度によって撮像素子３３への入射光量が変化することになり、正確な原稿濃度の読み取りができなくなる。原稿面３１の法線３７と、原稿３１面近辺での照明光軸３８とが、一定の角度を有するようにするには、例えば折り返しミラー４０の傾け角度を調整することによって設定することになる。
【００１２】
２つの走行体を持った画像読み取り装置においては、基本構成を変更すること無く、第１ミラーの角度を変更することによって、照明光軸及び読み取り光軸の原稿面に入射する角度を設定できる。また、そのさい、第１ミラーと原稿面までの距離は、傾けることによって縮むため、スキャナの高さを下げることになる。
１次元光源３５としては、原稿３１面で照明範囲が広がるため、撮像素子３３の光読み取り範囲と同程度か、もしくはこれより小さくても良い。また、１次元光源３５は結像レンズ３４の像面に無いため、原稿３１面で像がぼけることから、撮像素子３３の連続した光読み取り範囲に均一に照明光を発光する必要が無く、点状に点灯する光源の配列でも良い。
上記構成によって、１次元光源３５から出射した照明光は、結像レンズ３４に入射して、最終的に原稿３１面まで到達する。さらに同じ光路を逆に辿り結像レンズ３４を通じて、撮像素子３３に入射する。
上記プロセスにおいてハーフミラー３６が介在するため、ある程度の照明光のエネルギ損失は発生するが、本構成では必要領域のみの照明が可能なため、結果的に光源に強力な発光量を必要としない。
とくに結像レンズ３４の像面（撮像素子３３面）に相当する位置よりも前方に光源３５を設置するので、１次元光源３５から発射（放射）された光の多くを結像レンズ３４に入射させることになり、逆に結像レンズ３４に入射しない光の割合を減ずることになる。
【００１３】
また、１次元光源３５による結像レンズ３４を通じた照明光軸は、撮像素子３３による読み取り光軸と一致しているので、照明光と読み取り光の光路が一致することになる。つまり途中の光学系（レンズやミラーなど）が設計値（理論値）通りで無く読み取り位置がずれても、照明光と読み取り光が一致しているので、実際の読み取り位置に照明光は必ず到達することになる。
すなわち、本発明による画像読み取り装置３０は１次元光源３５で原稿面を照明し、この原稿３１を走査することによって１次元撮像素子３３と結像レンズ３４によって線順次に原稿画像を読み取る。
撮像素子３３と結像レンズ３４の間にハーフミラー３６を設置し、結像レンズ３４の一方の結像位置に撮像素子３３を設置し、もう一方の結像位置より前方に１次元光源３５を設置していて、さらに原稿３１面の垂線と結像レンズ３４などによる読み取り光軸が一致しないように光学系を構成している。
図２は本発明による画像読み取り装置の第２の実施形態の構成を示す概略上面図である。図２において、画像読み取り装置３０における１次元光源３５、撮像素子３３、結像レンズ３４、ハーフミラー３６、シリンドリカルレンズ４３からなる構成の上面図を示している。１次元光源３５から出射した光はシリンドリカルレンズ４３で上下方向に絞られた後、ハーフミラー３６を経て結像レンズ３４に入射する。
シリンドリカルレンズ４３による光の絞りは、恰も１次元光源３５側の結像レンズ３４の像面位置４２から発射した照明光と同じ光跡となるように、シリンドリカルレンズ４３の曲率や設置位置を設定する。
またハーフミラー３６によって振り分けられたもう一方の結像レンズ３４の像面に撮像素子３３を設置する。１次元光源３５は線光源であり、撮像素子３３の読み取り範囲と像面において一致するようにしておく。
１次元光源３５を出射した光は、シリンドリカルレンズ４３の作用によって、結像レンズ３４の像面位置４２から出射した光と同じ光跡となるので、その照明光は原稿面に到達したさい、撮像素子３３の読み取り範囲と完全に一致することになる。
【００１４】
図３は本発明による画像読み取り装置の第３の実施形態の構成を示す概略上面図である。図３には画像読み取り装置３０における１次元光源３５、撮像素子３３、結像レンズ３４、ハーフミラー３６、スリット４４の関係を示している。
１次元光源３５を出射した光はスリット４４によって制限され、スリット４４面を発光位置としてハーフミラー３６を通じて結像レンズ３４に到達する。スリット４４によって形成される発光位置および領域は、ハーフミラー３６にて分岐した２つの結像位置の、もう一方に位置ずる撮像素子３３の読み取り位置と読み取り領域と一致するようにする。
ただし、スリット４４は結像位置よりも前方にて、結像レンズ３４寄りに設置するので、発光領域は読み取り領域よりも大き目にして、原稿面での読み取り領域全域に照明光があたるようにする。
１次元光源３５はスリット４４の後方より照明する。スリット４４までの距離を確保することで、たとえ１次元光源３５が線光源でなく、点光源やその集まりであっても、スリット４４では均一で幅の広い照明光源を形成する。
また、画像読み取り装置３０における１次元光源３５をＬＥＤなどの固体発光素子で構成することもできる。固体発光素子は線光源など、発光面を容易に形成することができ、かつ低消費電力である。さらに、同一基板上に点光源を１列に形成し、個々の点灯光量を設定することで、均一かつ狙いの光源発光分布を形成することも可能である。
ＬＥＤの発光色は、モノクロスキャナであればグリーン発光の単色でも良いし、カラースキャナであれば白色光を発光するものを採用する必要がある。また、前記点光源の列形成で、個々に発光色を変えることでトータルの発光色を設定することもできる。
【００１５】
図４は本発明による画像読み取り装置の第４の実施形態の構成を示す概略上面図である。図４においては、この画像読み取り装置３０における１次元光源３５、撮像素子３３、結像レンズ３４、ハーフミラー３６、導光路４５の関係を示している。
光源３５は導光路４５に接続され、この導光路４５内部に光を注入する。導光路４５に注入された光は、出射口４６で線状に発光するように成形される。また、出射口４６にはシリンドリカルレンズ（図示省略）が形成されており、導光路４５に図２述べたと同様の効果を持たせている。
１次元光源３５は、ＬＥＤなどの固体発光素子などを用いる。また、発光位置は１点もしくは数点で、光源側が線光源を形成する必要は無い。
図５は本発明による画像読み取り装置の原稿面における照明領域と読み取り領域の関係を示す概略図である。図５には原稿３１面での照明領域４７と、読み取り領域４８との相対位置関係を示している。主走査方向４９に読み取り領域４８が分布しており、副走査方向５０は狭い。
これに対して照明領域４７は、広めに分布しており、とくに副走査方向５０において大きくなっている。照明領域４７を、このように広めにするには、光源での発光領域を大きくするか、図３で説明したスリットを大きくするなどすれば良い。
照明領域４７と、読み取り領域４８は、同じ光学系によって原稿３１面で形成されているため、途中の光学系（折り返しミラー、結像レンズなど）のずれが生じても、ともに同じようにずれるため、その相対位置関係は維持したままとなる。
ただし、ハーフミラーで振り分けた撮像素子の位置と、光源の位置がずれると両者の位置関係は崩れてしまう。６００ｄｐｉのスキャナでは、原稿面の１画素が４２．３μｍであるが、縮小光学系での撮像素子／光源の位置はこれより小さい精度で相対位置を決めてやる必要がある。
例えば撮像素子の１画素が１０μｍの場合、縮率が０．２３程度となって、撮像素子の１０μｍのずれは原稿面では４２．３μｍのずれとなってしまう。ここでは、１次元光源による照明領域４７が大きいので、光源位置／撮像素子位置に必要な位置精度を小さくすることになる。
【００１６】
図６は本発明による画像読み取り装置の原稿面における他の照明領域と読み取り領域の関係を示す概略図である。図６には原稿３１面での照明領域４７と、読み取り領域４８との相対位置関係を示している。主走査方向４９に読み取り領域４８が分布しており、副走査方向５０は狭い。
これに対して照明領域４７は、副走査方向５０において読み取り領域４８で狭めに分布している。照明領域４７を、このように狭めにするには、１次元光源での発光領域を小さくするか、図３で説明したようなスリットを小さくするなど、すれば良い。
撮像素子の各画素は、照明領域４７で反射した光を読み取るため、たとえ各画素の読み取り範囲が広くても、照明光がその中の狭い範囲のみ照明すると、その照明領域の解像度で原稿画像を読み取ることになる。とくに本構成では、副走査方向５０に狭く照明しているため、この方向の読み取り画像解像度が向上することになる。
図７は画像読み取り装置における導光路と３つのＬＥＤの関係を示す概略構成図である。図７には導光路４５に、異なる発光波長である複数個（ＲＧＢ）の発光素子５１が接続されている構成を示している。
この光源を用いることにより、原稿が均一な濃度であった場合、撮像素子に入射する読み取り光も均一となる。ＲＧＢ各発光素子５１は、同一の導光路４５に接続され、ＲＧＢの各光を導光路４５に注入できる。
撮像素子は１ラインＣＣＤなどカラーではない撮像素子を用いる。ＲＧＢの各発光素子５１は線順次に点灯することで撮像素子がその発光色で原稿画像の色分解を行い読み取る。
【００１７】
図８は本発明による画像読み取り装置の第５の実施の形態を示す概略構成図である。図８において、結像レンズ３４を構成する各レンズのハーフミラー３６側に、１次元光源３５の発光波長に適合した減反射コーティング５２が施されている。
通常、レンズなどのガラス面では透過せず表面反射するものが４％程度発生するが、とくに１次元光源３５の主波長に設定された減反射コーティング５２によって、ほとんど表面反射することなく、結像レンズ３４を透過していく。逆に表面反射によって、撮像素子３３に入射する割合を大きく減ずることになる。
図９は原稿面付近での読み取り／照明光軸を示す図である。画像読み取り装置３０において、原稿３１面の法線３７と、読み取り／照明光軸３８のなす角度が１８度から２２．５度の範囲となっている。この角度を実現するためには、折り返しミラー４０などを設定すれば良い。
従来のスキャナ照明においては、読み取り光軸３８が原稿３１面の法線３７と平行であり、かつ、照明光軸３８と３０から４５度の角度をなしている。原稿３１面法線３７と照明光軸及び読み取り光軸３８が一致してしまうと、原稿３１の光沢によって照明光の正反射光成分がそのまま読み取られてしまうことにより、読み取り画像品質が劣化してしまうことによる。
例えば原稿３１が黒かったとしても、原稿３１の光沢が高い場合、その正反射成分を読み取ってしまうことで白く原稿３１を読んでしまうことになる。もっとも、読み取り光軸３８を原稿３１面法線３７と一致させているのは、例えば原稿３１面に段差があった場合など、その段差を読み取らないようにした措置である（付箋で貼った原稿など）。
図１０は段差のある原稿例を示す概略図である。もし斜めからそのような原稿３１を読みとったならば（読み取り／照明光軸３８）、貼った部分の両側５３で読み取り差が生じることになる（図１０参照）。
一方本発明においては、原稿３１を斜めから読み取ると同時に照明光を当てる構成によって正反射光による読み取り画像の劣化を防いでいるが、段差のある原稿３１に対しては一定の影響が発生する。
本発明での原稿３１面の法線３７と読み取り／照明光軸３８のなす角度をαとすると、照明光に対する原稿３１面での正反射光と読み取り光軸３８がなす角度は２×αとなる。
段差のある原稿３１を読み取る画像読み取り装置においては、αをできるだけ小さくかつ正反射照明光を読み取らない角度として、１５〜２２．５度としている。
【００１８】
図１１は像高に対するレンズ明るさをグラフ例で表わす図である。図１２は補正データをグラフ例で示す概略図である。画像形成装置において、一般にレンズの正面はレンズの瞳径が大きいが、端に寄っていくにしたがって瞳形状が縦長の楕円となり、結果的に透過する光量が少なくなっていく。つまり像高によってレンズの明るさが変化する。
光源３５の照明光が結像レンズ３４を通じて原稿３１面に到達し、さらに結像レンズ３４を通じて撮像素子３３に入射するさい、１次元方向での照明光強度分布が一定になるように、スリットの幅を１次元方向で変化させる。これによって、上述の像高によるレンズの明るさの変化を線光源側で補正する。
この光学系においては、線光源の光は２回結像レンズを通過することになるため、図１１にて示す像高に対するレンズの明るさを表わす係数（一般にＣＯＳ４乗則と呼ばれている。）を、像高ごとに２乗したものを補正した係数（図１２）を用いて、線光源の像高ごとのスリット幅を設定する。当然明るくしたいところほど幅を大きく取ることになる。
上記と同じ課題に対して、ここでは、光源の発光分布を成形することで対応している。つまり、像高によるレンズの明るさの変化を線光源の発光分布で補正するものである。発光分布の補正の仕方としては、例えば点光源の配列によって線光源を形成している場合、個々の点灯光量を調整することで実現できる。
また、点光源の配置を等間隔でなく、明るさが必要なところは密に、そうでないところは疎にする方法もある。導光路とＬＥＤとで形成された光源の場合、導光路内での光路設計により、より両端から発光するように設計すれば良い。
さらに説明すれば、補正方法としては、線光源が開口部を有する形式のものであればそのサイズを像高ごとに変化させても良いし、像高ごとに透過率を変化させたＮＤフィルタなどの半透過素子を貼り付けても良い。また、ＬＥＤなどの発光素子を連続して設置した形式の光源では、ＬＥＤの密度を変化させても良いし、発光量の異なるＬＥＤを選んで設置しても良い。
【００１９】
本発明の画像読み取り装置は、光源３５の前に設置したシリンドリカルレンズ４３の作用によって、１次元光源３５の光は像面位置から出射した光と同じ光跡となる。
そのため、その照明光が原稿３１面に到達した場合、照明光が絞られて結像することになる。つまり１次元光源３５の光を線状に集中することができる。この照明位置と読み取り位置を一致させることで、よりエネルギ効率の高い照明光学系を実現できる。
本発明の画像読み取り装置は、スリット４４を用いて線光源の発光領域を設定しているため、発光位置と発光サイズを高精度に、かつ安価に実現できる。撮像素子（ＣＣＤ）３３の読み取り領域に合わせた発光サイズを実現しようとすると、ＣＣＤ３３の画素サイズと同じにする必要がある。
実際に１０μｍの画素に合わせようとした場合、光源単独での実現は困難であるのに対して、スリット４４を用いれば容易に実現できる。結果的に必要な光のみを照射できるようになるので、説明したフレア現象の低減や、省エネルギなどの効果を有する。
本発明の画像読み取り装置では、１次元光源３５に固体発光素子（ＬＥＤ）を用いているので、蛍光灯やキセノンランプなどと比べて発光効率が高く、省エネルギであるという効果を有し、また微細化が可能なので、本発明の構成などの狭い空間（レンズと撮像素子の間）で、薄く光源を形成することも可能である。
また、同一基板上に点光源を１列に形成する形式の場合、個々の点灯光量を設定することによって、均一かつ狙いの光源発光分布を形成できるという効果を有する。
【００２０】
本発明の画像読み取り装置は、１次元光源３５を導光路４５とこれに接続する発光素子で構成するため、大きい光量が必要でも、相当な発光素子を導光路４５に接続することで、狭い領域での強力な発光量の光源を形成できるという効果を有する。
つまり、発光素子数を減らすことで低コスト化ができる。また、シリンドリカルレンズ４３を一体で導光路４５に盛り込むことができ、小型化や低コスト化に貢献できるという効果も得られる。
本発明の画像読み取り装置では、原稿３１面において、読み取り範囲よりも照明範囲の方が大きくなるようにしている。そのため、ハーフミラー３６で振り分けた撮像素子３３の位置に対する光源３５の位置がある程度ずれても、照明光量不良などの問題が発生すること無く、高品位に原稿の画像を読み取れるという効果を有する。
本発明の画像読み取り装置では、１次元光源３５側の結像レンズ３４面に、減反射コーティング５２を施しているため、照明光が結像レンズ３４面で反射して撮像素子３３に入射してしまう現象の割合を、大きく減ずることができる。
反射光成分はそのまま撮像素子３３のオフセット光量となり、この低減はそのまま撮像素子３３のダイナミックレンジの拡大、ＳＮ（信号対雑音比）の向上となることから、ノイズなどに強くなり、高品位に画像読み取りができるという効果を有する。とくに光源にＬＥＤなど単波長光を発光するものに対して、有効な減反射コーティング処理が可能である。
本発明の画像読み取り装置では、原稿３１面のとくに副走査方向５０において、読み取り範囲よりも照明範囲の方が狭くなるようにしている。そのため、撮像素子３３の副走査方向５０のサイズによって決定される解像度よりも、より高い解像度に原稿３１の画像を読み取れるという効果を有する。
【００２１】
本発明の画像読み取り装置では、導光路４５にＲＧＢに発光する３個の発光素子（ＬＥＤ）が接続されて、かつ１ラインＣＣＤで構成されているため、低コスト（３ラインＣＣＤを使うことが無い）でコンパクトにも拘わらず、カラー画像読み取りが可能となるという効果が得られる。
また、導光路４５を用いることで、設置位置の異なる３つのＬＥＤが同一面から照明光を発射できるので、ＲＧＢ画像読み取り上のバラツキ、照度むらが発生し難く、高品位に画像読み取りができるという効果も有する。
本発明の画像読み取り装置では、照明光による原稿面での正反射光強度差の影響を排除するとともに、斜めから原稿を読み取る角度を小さくできるため、貼り原稿などの段差５３の影響を最小限にすることができるという効果を有する。
本発明の画像読み取り装置では、線光源の像高ごとの明るさを、レンズの像高ごとの明るさ係数を２乗した係数を用いてスリットの幅で補正しているので、結像レンズ３４間に設置するシェーディング板などによるシェーディング補正を行うこと無く、撮像素子に入射する光を均一にすることができる。
つまりシェーディング板を削減することによってコストの低減が図れる。さらに本構成によって結像レンズ３４の有効瞳を最大限に使え、ピントなどの読み取り画像品質の向上が図れるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による画像読み取り装置の第１の実施形態の構成を示す概略図。
【図２】本発明による画像読み取り装置の第２の実施形態の構成を示す概略上面図。
【図３】本発明による画像読み取り装置の第３の実施形態の構成を示す概略上面図。
【図４】本発明による画像読み取り装置の第４の実施形態の構成を示す概略上面図。
【図５】本発明による画像読み取り装置の原稿面における照明領域と読み取り領域の関係を示す概略図。
【図６】本発明による画像読み取り装置の原稿面における他の照明領域と読み取り領域の関係を示す概略図。
【図７】画像読み取り装置における導光路と３つのＬＥＤの関係を示す概略構成図。
【図８】本発明による画像読み取り装置の第５の実施の形態を示す概略構成図。
【図９】原稿面付近での読み取り／照明光軸を示す図。
【図１０】段差のある原稿例を示す概略図。
【図１１】像高に対するレンズ明るさをグラフ例で表わす図。
【図１２】補正データをグラフ例で示す概略図。
【図１３】一般的な画像読み取り装置の構成を示す概略斜視図。
【図１４】図１３の構成を側面から見た概略側面図。
【図１５】画像読み取り装置の読み取り領域と照明の関係を示す説明図。
【図１６】画像読み取り装置の読み取り領域と照明の関係を示す説明図。
【図１７】画像読み取り装置の照明状態を示す概略図。
【図１８】実際にフレア現象が生じた読み取り画像例を示す概略図。
【図１９】ブック原稿影について説明する概略図。
【符号の説明】
【００２３】
３０  画像読み取り装置
３１  原稿
３２  コンタクトガラス
３３  撮像素子（１次元撮像素子）
３４  結合レンズ
３５  照明光源（１次元光源）
３６  ハーフミラー
４３  シリンドリカルレンズ
４４  スリット
４５  導光路
４９  主走査方向
５０  副走査方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2005242263.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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