説明

照明装置、画像読取装置および画像読取方法

【課題】照明光量バランス調整が必要な場合でも、画像読取装置における画像のムラを軽減する。
【解決手段】LED3および光量バランス用LED4a、4b、4c、4dは、被照射体読取の光電変換素子が配列される、主走査方向の端部の一方に2個以上が配置される。導光体5a、5bは、複数の光源が発する光を主走査方向に導光する導光路を有する。導光体5a、5bには、導光路に沿って、導光体5a、5bに導かれた光源の光を散乱反射させてから被照射体の照射部を照明する、光散乱層が形成される。または、光散乱層は、導光体の外周面に当接させて導光路に沿って設けられる。光量バランス用LED駆動回路2a、2b、2c、2dは、被照射体読取の光電変換素子の電流による電荷を蓄積する時間において、光量バランス用LED4a、4b、4cまたは4dの発光光量を、他の光源の発光光量から独立して調節する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ファクシミリ、コピー機、スキャナなどの画像読み取りに使用される照明装置、それを用いる画像読取装置および画像読取方法に関する。
【背景技術】
【0002】
画像読取装置に使用される照明装置は、光源に加え導光体が構成物の一つをなしている。LEDなどの光源から出射した光は導光体を通して伝播し、読取対象物を照明する。たとえば、特許文献1の図9には、導光体の端部に光源が3個配置された例が開示されている。通常、光源は導光体の両方の端部にそれぞれ配置される。また、特許文献1の図1に示される画像読取装置のように、読取対象部分をはさんで導光体を副走査方向に対称な位置に置き、不要な影が現れないようにするのが一般的な照明配置である。
【0003】
特許文献1のような照明装置では、光源の配置、導光体の形状または光散乱層を調整して、読取装置の主走査方向の照度分布を均一にすることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010−45755号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
照明の光源に用いるLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)は、一般に、点灯時間制御(パルス幅制御:PWM)により光量を調節する。特許文献1のような照明配置としたとき、LEDや導光体の組み付け位置誤差等により照明光量のアンバランスが生じる。これを解消するため、2つの導光体の両端に配置される4ヶ所の光源それぞれに点灯時間調整機構を設け、光量バランスを調整することが可能である。
【0006】
特許文献1のように主走査方向に一列に光電変換素子を並べた画像読取装置では、読取対象物と画像読取装置が相対的に所定の速度で副走査方向に動くことにより、順次線状の画像を取り込み、平面画像を生成する。上述のように光量バランスを調整した結果、4ヶ所のLEDの点灯時間差が大きくなった場合、影や濃淡のような画像のムラが現れるという課題がある。
【0007】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、照明光量バランス調整が必要な場合でも、画像読取装置における画像のムラを軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の観点に係る照明装置は、被照射体読取の光電変換素子が配列される、主走査方向の端部の一方に2個以上が配置される複数の光源と、複数の光源が発する光を主走査方向に導光する導光路を有する導光体と、を備える。導光体には、導光体の外周面の一部に導光体の導光路に沿って、導光体に導かれた光源の光を散乱反射させてから被照射体の照射部を照明する、光散乱層が形成される。または、光散乱層は、導光体の外周面に当接させて導光体の導光路に沿って設けられる。そして、被照射体読取の光電変換素子の電流による電荷を蓄積する時間において、主走査方向の端部の一方に配置される2個以上の光源の一部の光源の発光光量を、他の光源の発光光量から独立して調節する光源制御回路を備える。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、照明光量バランス調整が必要な場合でも、画像読取装置における画像のムラを軽減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施の形態に係る画像読取装置の断面構成図である。
【図2】センサICの回路構成の例を示すブロック図である。
【図3】実施の形態に係る照明装置の構造を示す分解斜視図である。
【図4】LED基板に実装されたLEDの接続状態を示す接続図である。
【図5】実施の形態に係る照明装置の構成例を示すブロック図である。
【図6】実施の形態に係るLED点灯タイミングの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図1は、実施の形態に係る画像読取装置の断面構成図である。図1は、画像読取装置の主走査方向に垂直な断面を示す。主走査方向は、図1の紙面に垂直な方向である。図1に示す画像読取装置10は、内部に照明装置とイメージセンサが組み込まれている。画像読取装置10に密着された原稿11に照明装置で光を照射して、原稿面の画像を読み取るので、密着イメージセンサ(CIS:Contact Image Sensor)と呼ばれている。
【0012】
図1において、原稿11は、例えば、紙幣、有価証券、その他の一般文書のイメージ情報である被読取媒体(被照射体)である。図1では、原稿11を画像読取装置10に密着させて主走査方向に垂直な方向に移動させるプラテンを省略している。原稿11は、原稿送り方向(副走査方向)に送られる。副走査は、原稿11と画像読取装置10が相対的に移動すればよいので、原稿11を固定しておいて、画像読取装置10を移動させて画像を読み取る構成も可能である。
【0013】
照射部11aは、原稿11に対して光が照射される領域を示す。導光体5a、5bは、光透過性のある物質を主走査方向(紙面に垂直方向)に延びる棒状に形成して構成される。図1の例では、2本の導光体5a、5bを平行に配置している。導光体5a、5bの長手方向両端(主走査方向両端)にLED3および光量バランス用LED4が配置されている。
【0014】
導光体5a、5bの表面の一部に、光散乱層5Sが形成されている。光散乱層5Sは、その形成領域に白色顔料等の光反射性の塗料を塗布したものや、導光体5a、5bの表面を粗面加工したもの、鋸歯状のプリズム形状加工、または、ピラミッド状のエンボス形状加工したものとして構成することができる。光散乱層5Sは、導光体5a、5bの外周面の一部に導光体5a、5bの導光路に沿って形成されるか、または、導光体5a、5bの外周面に当接させて導光路に沿って設けられる。
【0015】
LED3および光量バランス用LED4から発した光は、導光体5a、5bの端部から導光体5a、5bの内部に入射する。導光体5a、5bに入射した光は、導光体5a、5bの内部を長手方向に全反射しながら進む。光散乱層5Sに当たった光は、光散乱層5Sで散乱されて、導光体5a、5bの光散乱層5Sに対向する光出射部5Rから出射して、原稿11の照射部11aを照射する。出射した光がちょうど照射部11aに照射されるように、光散乱層5Sを形成しておくのである。
【0016】
透過体13は、原稿11の搬送経路を形成し、また、画像読取装置10の内部に異物などが混入するのを防止する。透過体13は、アクリルやポリカーボネートなどの透明樹脂、または透明ガラス材などにより構成される。透過体13は、導光体5の光出射部5Rから出射した光を原稿11に透過させるとともに、原稿11により反射された光を透過してレンズ体14に入射させるものである。
【0017】
レンズ体14は、複数のロッドレンズを互いに光軸を平行にして、主走査方向に配列したロッドレンズアレイとして構成される。レンズ体14は、原稿11の照射部11aにおいて原稿11から反射された光がロッドレンズの光軸方向から入射するように構成し、その反射光を収束するものである。レンズ体14を構成するロッドレンズは、たとえば、照射部11aの等倍正立像を、センサIC15の上に結像する。センサIC15は、レンズ体14で収束された光を受光し、光電変換して画像に応じた電気信号を出力するセンサである。センサIC15は、半導体チップなどで構成された光電変換部、その他の駆動回路等を搭載している。センサIC15には、光電変換素子である一定の面積のフォトダイオードが主走査方向に一定の密度・間隔で配置されている。
【0018】
LED3、光量バランス用LED4、導光体5a、5b、透過体13、レンズ体14、センサIC15などの画像読取装置10を構成する各部は、筐体12に収納されて相対的な位置が保持される。画像読取装置10のうち、LED3、光量バランス用LED4、導光体5a、5bは照明装置を構成する。筐体12は、照明装置以外の周囲の光がセンサIC15に入射するのを防止する。
【0019】
図2は、センサICの回路構成の例を示すブロック図である。センサIC15の回路は、画素回路34、セレクタ33、スタート信号制御部31および増幅回路32を備える。画素回路34には、フォトダイオード(以下PDという)36の後段に、PD36からの信号を増幅する複数のトランジスタ37や保持容量35が配置される。セレクタ33は、複数の画素回路34の信号を順次読み出して、直列の信号に(シリアライズ)する。スタート信号制御部31は、セレクタ33の順次読み出しを外部からのスタート信号によって制御するための回路である。シリアライズされた画素回路34の信号(アナログ信号)は、増幅回路32で増幅されて外部に出力される。カラーイメージセンサにおいては、図2に示す回路構成が赤、緑、青の3色分それぞれ独立して必要となり、上記構成の回路の3回路分が配置される。
【0020】
センサIC15では、保持容量35をリセットしてから、PD36のゲートをオンにして、PD36の電流による電荷を保持容量35に蓄積する。1ラインの感光時間に相当する1回の電荷蓄積時間を経過したら、ゲートをオフにして、保持容量35に蓄積された電荷を保持する。1画素の画像信号は、保持容量35に蓄積される電荷で決まる。その後、セレクタで画素を選択して、保持容量35に蓄積された電荷を読み出す。全ての画素の電荷を読み出したら、次のラインの読み取りのために、保持容量35をリセットする。1ラインの読み取りごとに以上の動作を繰り返す。1ラインの読み取りは、原稿送りに同期する必要があるので、ラインごとのスタート信号が外部から与えられる。原稿送りに同期して1ラインずつ読み取ることによって、副走査を行い、原稿11全体の画像を読み取る。
【0021】
図3は、実施の形態に係る照明装置の構造を示す分解斜視図である。照明装置20は、画像読取装置10のLED3と導光体5a、5bを含んで構成される。図3において、ホルダー(LEDホルダー)17が、導光体5a、5bの両端部に配置される。ホルダー17は、LED3および光量バランス用LED4a、4c、もしくは4b、4dが実装されたLED基板21とUVフィルター16を収納する。ホルダー17は、LED3および光量バランス用LED4a、4b、4c、4dの光を導光体5に入射するものである。照明装置20は、ホルダー17が、導光体5aまたは5bの一方の端部にのみ配置される構成でもよい。その場合、LED3および光量バランス用LED4a、4c、もしくは4b、4dの光は導光体5aまたは5bの片側からのみ入射して、導光体5aまたは5bの内部に伝播する。
【0022】
図4は、LED基板に実装されたLEDの接続状態を示す接続図である。図4は、図3のLED基板21のうち1枚の回路を示す。図4において、LED基板21には、4個のLED3が直列に接続され、2個の光量バランス用LED4a、4cがそれぞれ独立に配置されている。直列接続された4個のLED3は、1対の駆動回路接続端子21bに接続している。2個の光量バランス用LED4a、4cはそれぞれ、独立に1対の駆動回路接続端子21aに接続する。駆動回路接続端子21bは、主照明用LED駆動回路に接続する。駆動回路接続端子21aは、光量バランス用LED駆動回路に接続する。
【0023】
図4のLED基板21は、導光体5の端部の一方に配置される。図4に示す左半分の2個のLED3と光量バランス用LED4aは、導光体5aに、右半分のLED3と光量バランス用LED4cは導光体5bに、それぞれ対応する。図1または図3に示すように、導光体5a、5bの端部の両方にLED3を配置する場合は、2枚のLED基板21を導光体5の両側に配置する。以下、本発明の実施の形態の動作について説明する。
【0024】
図5は、実施の形態に係る照明装置の構成例を示すブロック図である。図5に示すように、照明装置20において、LED3は光源の一部を成しており、たとえば白色の光を発生する。LED3は、導光体5aおよび5bそれぞれの両端部に、たとえば2素子ずつ配置されている。LED駆動回路1は、LED3の発光に必要なパルス電流を出力する。
【0025】
光量バランス用LED4a、4b、4c、4dは、導光体5aの両端部および導光体5bの両端部にそれぞれ配置されている。光量バランス用LED駆動回路2a、2b、2c、2dは、それぞれ光量バランス用LED4a、4b、4c、4dの発光に必要なパルス電流を出力する。また、パルス電流出力期間をそれぞれ独立に変化させることができるように構成されている。導光体5aおよび5bは、たとえばアクリル樹脂やガラスのような透明な物質で形成されており、LED3および光量バランス用LED4a、4b、4c、4dから出射された光を、たとえば書籍や書類の紙面等のような読取対象物へ、導くように配置される。
【0026】
本実施の形態の照明装置20では、導光体5aおよび5bそれぞれの端部へ、LED3の各素子からの光が入射する。LED3の各素子は、同じ発光光量が得られるよう、直列に接続され、導光体5aおよび5bを通して、均一な線状分布で読取対象物を照明する。しかし、組立て時の誤差等により、導光体とLED3の各素子の位置関係、或いは導光体5aおよび5bと読取対象物の位置関係が、設計中心値からずれる場合、読取対象物に対する照明分布は、均一ではなくなり、主走査方向あるいは副走査方向に、たとえば20%程度の照射強度の差が発生する。
【0027】
前述したように、1画素の画像信号は、保持容量35に蓄積される電荷で決まる。保持容量35に蓄積される電荷は、電荷蓄積時間にPD36の受光した光量に比例する。したがって、照度分布の不均一による画像のムラを軽減するためには、電荷蓄積時間に読み取り部に照射される光量が、主走査方向にできるだけ均一であり、副走査方向のアンバランスが小さいことが必要である。本実施の形態の照明装置20では、LED3の発光光量に対して、光量バランス用LED4a、4b、4c、4dの発光光量を調節して、電荷蓄積時間に読み取り部に照射される光量が、主走査方向で均一になり、さらに、副走査方向の照度分布にアンバランスがないようにする。
【0028】
図3または図5に示すように、光量バランス用LED4a、4b、4c、4dは、導光体5aおよび5bそれぞれの端部へ発光した光が入射するよう配置されている。光量バランス用LED4a、4b、4c、4dは、LED3と位置が異なるので、LED3の光による照射部11aの照度分布とは異なる照度分布を有する。光量バランス用LED4a、4b、4c、4dそれぞれを駆動する回路2a、2b、2c、2dは、それぞれ独立して点灯期間を設定できるように構成されている。
【0029】
図6は、実施の形態に係るLED点灯タイミングの例を示す図である。図中、縦軸は各LED素子の発光強度、横軸は時間を表す。発光光量は、発光強度と時間の積(発光強度の時間積分)で表される。各LED素子はライン読取周期ごとに、電荷蓄積時間にそれぞれ所定の時間だけ発光する。たとえば導光体5aの左側の照明強度が高い場合、LED4aの点灯時間を、LED3の点灯時間よりも短くするとともに、LED4cの点灯時間を、LED3の点灯時間よりも長くなるように、光量バランス用LED駆動回路2aおよび2bでそれぞれ調整する。このように、全体の光量バランスを保ちながら、点灯時間内の光量バランス変化を抑えられるので、読取対象物の相対的な移動に伴う画質の劣化を抑えることができる。
【0030】
LED3および光量バランス用LED4a、4b、4c、4dの発光時間は、たとえば、以下のようにして設定することができる。色と明度が一様な均一色の原稿11、例えば白色の原稿11を準備する。LED3だけを点灯して、準備した均一色の原稿11を読み取る。これによって、LED3の照度分布が分かる。次に、光量バランス用LED4a、4b、4c、4dをそれぞれ単独で発光させて、それぞれの場合で同じ均一色の原稿11を読み取る。こうして、各LED素子単独の照度分布を得る。
【0031】
LED3および光量バランス用LED4a、4b、4c、4dそれぞれの照度分布に係数を乗じて加算したときに、その加算した照度分布が最も均一になる(最大照度と最小照度の差もしくは比が最も小さくなる)ように、係数の比を決定する。電荷蓄積時間が決まっていれば、最大の係数が電荷蓄積時間になるように係数の比で各LEDの発光時間を設定する。読み取りに必要な光量が決まっている場合には、決定した係数の比で加算した照度分布の光量が、必要な光量になる時間を電荷蓄積時間とすればよい。
【0032】
本実施の形態の照明装置20によれば、導光体5a、5bの端部のいずれかに配置される2個以上の光源の一部の光量を、原稿読取の光電変換素子の電流による電荷を蓄積する時間において、他の光源の発光光量から独立して調節できる。その結果、照明光量バランス調整が必要な場合でも、画像読取装置における画像のムラを軽減することが可能になる。
【0033】
図6の例では、各LED素子の点灯開始をそろえて(実質的には電荷蓄積時間の開始になる)、消灯時期を変えることによって発光光量を調節する。発光光量の調節は、消灯時期をそろえて(実質的には、電荷蓄積時間の終了になる)、点灯開始を変えることによっても可能である。また、発光光量を調節するには、各LED素子の発光強度を変えることによっても可能である。例えば、LED素子ごとに印加する電圧または流れる電流を変えて、発光強度を変えることができる。また、発光強度と発光時間の両方を変えて、発光光量を調節してもよい。
【0034】
本実施の形態では、光電変換素子の電流による電荷を蓄積する時間において、各LED素子の発光光量を、その発光時間で調節するので、光量バランス用LED4a、4b、4c、4dごとに異なる電圧源または電流源を用意する必要がない。そして、各LED素子の点灯開始または消灯時期を変えるだけなので、容易に発光光量を調節することができる。
【0035】
本実施の形態では、導光体の端部にそれぞれ1つずつ光量バランス用光源を備える場合を例に説明した。導光体から照射される光の照度分布を均一にするための光量バランス用光源は、導光体の端部ごとに1つとは限らない。端部ごとに2つ以上の光量バランス用光源を備えてもよい。また、導光体の端部によっては、光量バランス用光源が配置されない場合があってもよい。導光体の1つの端部に2つ以上の光量バランス用光源を備える場合、2つ以上の光量バランス用光源がそれぞれ発光光量を調節できるようにすれば、さらに、照度分布の均一性を向上できる。
【0036】
本実施の形態では、光源としてLEDを用いる場合を例に説明した。発光光量を調節できる光源であれば、照明装置20に用いる光源はLEDに限らない。たとえば、有機EL(エレクトロルミネセンス)を光源に用いることもできる。前述のとおり、照明装置20に用いる光源は、発光させる時間を変えて調節できることが望ましい。
【0037】
なお、本実施の形態では、図2に示すように、画像読取のセンサIC15がCMOSセンサの場合について説明した。本実施の形態は、CMOSセンサに限らず、CCD(電荷結合素子)センサを用いる画像読取装置10にも適用することができる。また、図1では原稿面で反射した光をセンサIC15で受光する場合を例に説明した。本実施の形態の照明装置は、光電変換素子の電流による電荷を蓄積する時間に、複数の光源の発光光量を調節できれば、原稿を透過する光を読み取るタイプの画像読取装置にも適用できる。
【符号の説明】
【0038】
1 LED駆動回路
2a、2b、2c、2d 光量バランス用LED駆動回路
3 LED
4、4a、4b、4c、4d 光量バランス用LED
5a、5b 導光体
5R 光出射部
5S 光散乱層
10 画像読取装置
11 原稿
11a 照射部
12 筐体
13 透過体
14 レンズ体
15 センサIC
16 UVフィルター
17 ホルダー
20 照明装置
21 LED基板
21a、21b 駆動回路接続端子
35 保持容量
36 フォトダイオード(光電変換素子)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
被照射体読取の光電変換素子が配列される、主走査方向の端部の一方に2個以上が配置される複数の光源と、
前記複数の光源が発する光を前記主走査方向に導光する導光路を有する導光体と、
前記導光体に導かれた前記光源の光を散乱反射させてから前記被照射体の照射部を照明する、前記導光体の外周面の一部に前記導光体の導光路に沿って形成された光散乱層、または、前記導光体の外周面に当接させて前記導光体の導光路に沿って設けられた光散乱層と、
前記被照射体読取の光電変換素子の電流による電荷を蓄積する時間において、前記主走査方向の端部の一方に配置される前記2個以上の光源の一部の光源の発光光量を、他の光源の発光光量から独立して調節する光源制御回路と、
を備える照明装置。
【請求項2】
前記光源制御回路は、前記主走査方向の端部の一方に配置される前記2個以上の光源の前記一部の光源の発光時間を、前記他の光源の発光時間から独立して調節する、請求項1に記載の照明装置。
【請求項3】
被照射体読取の光電変換素子が配列される、主走査方向の端部の一方に2個以上が配置される複数の光源と、
前記複数の光源が発する光を前記主走査方向に導光する導光路を有する導光体と、
前記導光体に導かれた前記光源の光を散乱反射させてから前記被照射体の照射部を照明する、前記導光体の外周面の一部に前記導光体の導光路に沿って形成された光散乱層、または、前記導光体の外周面に当接させて前記導光体の導光路に沿って設けられた光散乱層と、
前記被照射体から到来する光を収束するレンズ体と、
前記レンズ体で収束される光を受光し、光電変換信号を出力する前記光電変換素子を載置したセンサ基板と、
前記被照射体読取の光電変換素子の電流による電荷を蓄積する時間において、前記主走査方向の端部の一方に配置される前記2個以上の光源の一部の光源の発光光量を、他の光源の発光光量から独立して調節する光源制御回路と、
を備える画像読取装置。
【請求項4】
前記光源制御回路は、前記主走査方向の端部の一方に配置される前記2個以上の光源の前記一部の光源の発光時間を、前記他の光源の発光時間から独立して調節する、請求項3に記載の画像読取装置。
【請求項5】
被照射体読取の光電変換素子が配列される、主走査方向の端部の一方に2個以上が配置される複数の光源から光を発し、前記主走査方向に導光する導光路を有する導光体の端部から入射して、前記導光体の導光路に沿って形成された光散乱層で、前記光を散乱反射させてから前記被照射体の照射部を照明する照明ステップと、
前記被照射体から到来する光をレンズ体で収束し、前記レンズ体で収束される光を受光して、光電変換信号を出力する光電変換ステップと、を備え、
前記照明ステップは、前記被照射体読取の光電変換素子の電流による電荷を蓄積する時間において、前記主走査方向の端部の一方に配置される前記2個以上の光源の一部の光源の発光光量を、他の光源の発光光量から独立して調節する光源制御ステップを含む画像読取方法。
【請求項6】
前記光源制御ステップでは、前記主走査方向の端部の一方に配置される前記2個以上の光源の前記一部の光源の発光時間を、前記他の光源の発光時間から独立して調節する請求項5に記載の画像読取方法。

【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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【公開番号】特開2013−21638(P2013−21638A)
【公開日】平成25年1月31日(2013.1.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−155759(P2011−155759)
【出願日】平成23年7月14日(2011.7.14)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】