JP2000241693A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結像用のレンズを小型化するうえで種々の不
具合があった。 【解決手段】 一端を光学像の入射側とし他端を光学像
の射出側としてそれぞれ開口してなり、第１レンズ１０
１を含む結像用のレンズを筒内で支持する鏡筒９に対
し、光学像の入射側の開口縁部でかつ主走査方向Ｘの両
サイドに、光学像の入射側から射出側に向かって凹状を
なす切欠部９ｂを設けることにより、読取手段により読
み取られる主走査方向Ｘの光学像を、鏡筒９の開口部９
ａに加えて、その開口縁部の切欠部９ｂからも第１レン
ズ１０１に入射できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原稿等の画像を光
学的に読み取る画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、複写機等に搭載される画像読取
装置には、原稿面に光を照射した際に得られる光学像を
レンズを介してＣＣＤ(Charge Coupled Device) センサ
等の受光面に結像させている。このような画像読取装置
のレンズには、高いＭＴＦ(Modulation Transfer Funct
ion)特性、深い焦点深度、低歪曲などが求められる。特
に、カラー複写機やカラースキャナー等の場合は、上記
の要求に加えて、ＭＴＦのカラーバランスと低色収差も
要求される。

【０００３】また、ＣＣＤセンサの高解像度化が進むに
つれて画素サイズが小さくなり、これに伴って見かけ上
の収差が大きくなっている。さらに、１画素あたりの受
光量も減少してＳ／Ｎ上も厳しくなっている。１画素あ
たりの受光量をアップするには、原稿照明用ランプの光
量を上げることが有効であるが、最近では省エネルギー
の観点から、これまで用いられてきたハロゲンランプか
らキセノンランプ等の蛍光ランプに変更することで省電
力化を図っているため、そうした流れに逆行しないため
には、ランプ光量の上限も自ずと決まってしまう。

【０００４】こうした点を踏まえると、カラー画像読取
用のレンズには、現状において、最低でもＦ４．５の明
るさが必要となる。さらに、絵文字分離処理、色黒分離
処理上、良好な画質を得るには、倍率色収差で０．１画
素以内、レッド（Ｒ）・グリーン（Ｇ）・ブルー（Ｂ）
の３色のモジュレーションの差の最大（ΔＭＴＦ）が２
０％以内であることが必要との研究結果も得られてい
る。

【０００５】しかしながら、通常のレンズ設計方法で
は、Ｆ４．５の明るさを確保しつつ、Ａ３サイズ原稿の
短手全域（半画角１８°程度）にわたって、倍率色収差
による画素の色ずれを０．１画素以内に抑え、かつ、Δ
ＭＴＦを２０％以内に抑えることは、もはや限界のレベ
ルに達しつつある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような状況のなか
で、近年、画像読取装置の小型化要求が強まっており、
その一つの対応としてレンズの小型化、特に小径化が求
められている。しかしながら、単純にレンズを小径化す
ると、レンズを保護する鏡筒端部でのケラレなどもあっ
て広い画角をカバーできなくなり、またレンズ開口の縮
小によって所望の明るさも確保できなくなる。

【０００７】そこで、ラインセンサを用いた画像読取装
置では、全体として球形をなすレンズに対し、レンズの
上下端を平坦にカットする、いわゆるトランケートによ
り、高さを低くしてレンズ全体を小型化することも行わ
れている。一方、光軸に対して回転対称なレンズの場合
は、レンズを光軸中心に回転させることで左右の光学特
性のバランスをとり、歩留りを向上させている。ところ
が、上記トランケートによってレンズを小型化した場合
は、光軸に対するレンズの対称性が失われてしまうた
め、レンズを回転させてバランスをとることができず、
またトランケートによってレンズ加工の工程も増える。
そのため、レンズのコストアップや、光学特性のアンバ
ランスによる歩留りの悪化が懸念される。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による画像読取装
置は、被読取物の光学像を結像させるレンズと、このレ
ンズにより結像された光学像を主走査方向に読み取る読
取手段と、一端を光学像の入射側とし他端を光学像の射
出側としてそれぞれ開口してなる筒型構造をなし、その
筒内でレンズを支持するレンズ支持体とを備えたもの
で、そのレンズ支持体が、光学像の入射側の開口縁部で
かつ主走査方向の両サイドに、光学像の入射側から射出
側に向けて凹状をなす切欠部を有する構成となってい
る。

【０００９】上記構成の画像読取装置においては、レン
ズ支持体の一端（光学像の入射側）がレンズ面（第１
面）より外側に突出していても、読取手段により読み取
られる主走査方向の光学像を、レンズ支持体の開口部に
加えて、その開口縁部に設けられた切欠部からもレンズ
に入射させることができる。これにより、レンズ支持体
によるレンズの保護機能を何ら損なうことなく、結像上
必要な主走査方向のレンズ開口をより広く確保すること
が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明が適
用される画像読取装置の構成を示す概略図である。図１
において、符号１は筐体構造をなすキャビネットであ
り、このキャビネット１の上部開口に、原稿を載置する
ためのプラテンガラス２が取り付けられている。このプ
ラテンガラス２に対しては、読み取るべき画像を下向き
にして原稿（不図示）がセットされる。キャビネット１
の上部には、プラテンカバー３が開閉自在に取り付けら
れている。プラテンカバー３は、原稿の画像を読み取る
際にプラテンガラス２の上に被せられ、原稿をプラテン
ガラス２に密着させる働きをする。

【００１１】また、キャビネット１の内部には、プラテ
ンガラス２上にセットされた原稿（被読取物）に光を照
射するランプ４と、このランプ４から発せられた光を効
率良く原稿面に集光するリフレクタ５と、原稿からの反
射光を側方に反射させる第１のミラー６と、この第１の
ミラー６からの反射光を下方に反射させる第２のミラー
７と、この第２のミラー７からの反射光を側方に反射さ
せる第３のミラー８が設けられている。

【００１２】このうち、ランプ４、リフレクタ５及び第
１のミラー６は、図示せぬフルレートキャリッジに搭載
され、図中矢印方向に速度ｖで移動するようになってい
る。一方、第２，第３のミラー７，８は、図示せぬハー
フレートキャリッジに搭載され、図中矢印方向に速度１
／２・ｖで移動するようになっている。

【００１３】さらに、キャビネット１の内部には、原稿
からの反射光によって得られる光学像を結像させるレン
ズ１０と、このレンズ１０によって結像された光学像を
主走査方向（図の奥行き方向）に読み取るＣＣＤ等のラ
インセンサ（読取手段）１１が設けられている。ちなみ
に、結像用のレンズ１０としては、図２に示すように、
物体側から像側に向かって、第１群を構成する第１レン
ズ１０１と、第２群を構成する第２，第３レンズ１０
２，１０３と、第３群を構成する第４，第５レンズ１０
４，１０５と、第６群を構成する第６レンズ１０６とを
順に配置してなる、４群６枚構成のダブルガウスレンズ
を採用している。

【００１４】上記構成の画像読取装置において、実際に
原稿の画像を読み取る場合は、ランプ４から発せられか
つリフレクタ５によって集光された光が原稿に照射さ
れ、これによって得られた原稿からの光学像（反射光）
が第１，第２，第３のミラー６，７，８によって順次反
射される。そして、第３のミラー８で反射された光学像
はレンズ１０に入射し、このレンズ１０を透過した後、
ラインセンサ１１上で結像される。このとき、ラインセ
ンサ１１は、各々の画素ごとに入射光の強さに応じて光
電変換を行い、これによって原稿画像に対応した画像信
号（ＲＧＢ信号）を生成する。

【００１５】ここで、上記結像用のレンズ１０は、通
常、鏡筒（レンズ支持体）に組み込まれた状態でキャビ
ネット１の内部に設けられる。鏡筒は、その一端を光学
像の入射側とし、その他端を光学像の射出側としてそれ
ぞれ開口した円筒型をなし、その筒内でレンズ１０を固
定状態に支持するものである。

【００１６】図３にレンズと鏡筒の位置関係を示す。図
３において、光軸Ｚと被写体面の交点を原点（０，０）
とし、被写体像高をＹob、レンズ第１面の曲率半径を
ｒ、被写体とレンズ第１面の距離をＺ１、被写体からレ
ンズに入射する最大光線高さでの、レンズ第１面との交
点座標をｐ（ｚ２，ｈ）、鏡筒の肉厚をｔ、鏡筒がレン
ズ第１面よりも被写体側に突出する長さをｍ、レンズ径
をφとすると、 ｚ２＝ｒ−√（ｒ² −ｈ² ）＋Ｚ１ ｔａｎθ＝（Ｙob−ｈ）／ｚ２ ｔ＝φ／２−ｈ−（ｚ２−Ｚ１＋ｍ）ｔａｎθ で表されるため、 φ／２＝ｔ＋ｈ＋（ｚ２−Ｚ１＋ｍ）ｔａｎθ ＝ｔ＋Ｙob−（Ｚ１−ｍ）（Ｙob−ｈ）／ｚ２ となる。

【００１７】ここで、Ｙobはｔに対して十分に大きく、
Ｚ１もｍに対して十分大きいので、ｔ＝ｍ＝０，Ｚ１／
ｚ２＝ｋとすると、 φ／２＝Ｙob（１−ｋ）＋ｋ・ｈ となり、簡単な比の計算になる。このことから、レンズ
径φを小さくするためには、ｋ→１で、かつｈ→０、つ
まりレンズ第１面の曲率半径を大きくし、レンズ長を短
くすればよいことは周知のとおりであり、さらに鏡筒の
突出長さｍを負の値にすれば、レンズ径φを小さくでき
るのは明白である。

【００１８】ただし、ｍを負の値にすると、レンズ第１
面の頂点部が鏡筒の端部よりも外側に突出することにな
るため、鏡筒でレンズを保護することができなくなる。
すなわち、机上などにレンズを垂直に立てて置くとき
に、レンズ第１面が鏡筒の筒内に完全に収まっていない
と、レンズ面が机等に接触して傷ついてしまう。そのた
め、鏡筒の突出長さｍについては、机上面の凹凸等を考
慮すると最小でも１ｍｍ程度は確保する必要がある。こ
れに対して、例えばＡ３サイズの原稿の短手全域にわた
り、鏡筒の突き出しによるケラレを回避して光学像の入
射光路を確保するには、どうしても或る程度のレンズ径
φが必要になる。

【００１９】そこで本発明においては、特に、鏡筒とレ
ンズの位置関係、並びにラインセンサ１１による光学像
の読み取り方向（非対称性）に着目して、以下のような
構成を採用することとした。図４は本発明に係る画像読
取装置の第１実施形態を説明する図であり、図中（ａ）
は光学像の入射側における鏡筒とレンズの正面図、
（ｂ）は光学像の入射側における鏡筒とレンズの側面図
を示している。

【００２０】図４において、鏡筒９の一端は、光学像の
入射側として開口している。この開口部９ａは、鏡筒９
の筒内に組み込まれたレンズ（図では第１レンズ１０１
のみ表示）の径φと同等寸法で円形に開口している。ま
た、鏡筒９の開口縁部には、一対の切欠部９ｂが設けら
れている。この切欠部９ｂは、鏡筒９の開口縁部を部分
的に切り欠くように、光学像の入射側から射出側に向け
て（図４（ｂ）の左側から右側に向けて）凹状に形成さ
れている。また、各々の切欠部９ｂは、ラインセンサ１
１における光学像の読み取り方向に対応した主走査方向
Ｘの両サイドに設けられている。

【００２１】ここで、図中一点鎖線で示す光軸Ｚ上にお
いて、その光軸Ｚに交差するレンズ第１面１０１ａの頂
点部を基準にすると、鏡筒９の一端は、レンズ第１面１
０１ａの頂点部よりもｍ寸法だけ突出した状態で配置さ
れている。これに対し、両サイドの切欠部９ｂは、レン
ズ第１面１０１ａの頂点部よりもｎ寸法だけレンズ第２
面１０１ｂ側に入り込んだ状態で形成されている。ま
た、主走査方向Ｘと直交する副走査方向Ｙにおいて、各
々の切欠部９ｂの幅寸法Ｗは、副走査方向Ｙに広がる光
線のうち、結像上必要な光線を遮らないように設定され
ている。

【００２２】こうした構成により、レンズを垂直に立て
た際には、鏡筒９の一端がレンズ第１面１０１ａの頂点
部よりもｍ寸法だけ下方に突出した状態となるため、机
上等にレンズを立てて置いても、レンズ面が机上面に触
れることがない。よって、レンズの傷つきを防止するこ
とができる。また、原稿画像の読み取りに際しては、ラ
インセンサ１１により読み取られる主走査方向Ｘの光学
像が、鏡筒９の一端で開口する開口部９ａに加えて、そ
の開口縁部に設けられた左右の切欠部９ｂからも第１レ
ンズ１０１に入射するようになる。これにより、主走査
方向Ｘにおけるレンズ開口が、鏡筒９の開口寸法よりも
実質的に広げられるため、所望の明るさを確保できると
ともに、より小さいレンズ径φをもって広い画角をカバ
ーできるようになる。

【００２３】その結果、鏡筒９によるレンズの保護機能
や光学系の特性を何ら損なうことなく、レンズの小径化
を図ることができる。また、鏡筒９の突出寸法ｍを十分
に長く設定しても、それに殆ど影響されることなく、主
走査方向Ｘのレンズ開口を必要かつ十分に確保できるた
め、鏡筒９によるレンズの保護機能を強化したうえで、
レンズの小径化を実現することが可能となる。

【００２４】図５は本発明に係る画像読取装置の第２実
施形態を説明する図であり、図中（ａ）は光学像の入射
側における鏡筒とレンズの正面図、図４（ｂ）は光学像
の入射側における鏡筒とレンズの側断面図を示してい
る。

【００２５】図５においては、光学像の入射側で開口し
ている鏡筒９の一端が、レンズ第１面１０１ａの頂点部
よりもレンズ第２面１０１ｂ側に引っ込んだ状態で配置
され、その開口部分にレンズカバー１２が装着されてい
る。レンズカバー１２は、鏡筒９とほぼ同程度の外径寸
法を有するもので、例えばプラスチック等により構成さ
れている。レンズカバー１２の外周部には、その一部を
円周方向で分離して適度な弾性を持たせたフック部１２
ａが設けられている。このフック部１２ａは、レンズカ
バー１２の上下端にそれぞれ設けられている。

【００２６】これに対して、鏡筒９の端部近傍には、そ
の内周側に位置して周溝９ｃが設けられている。この周
溝９ｃは、鏡筒９の全周（３６０°）にわたって形成さ
れている。そしてレンズカバー１２は、その外周部に設
けられたフック部１２ａを鏡筒９の周溝９ｃに係合させ
た状態で装着されている。また、鏡筒９にレンズカバー
１２を装着した状態では、周溝９ｃに沿うフック部１２
ａの摺動により、光軸Ｚを中心にレンズカバー１２を回
転し得るようになっている。

【００２７】一方、レンズカバー１２の前面（鏡筒９と
の突き合わせ側と反対側の面）には、一対の遮光部１２
ｂが設けられ、これらの遮光部１２ｂにより主走査方向
Ｘに長い開口部１２ｃが形成されている。このうち、一
対の遮光部１２ｂは、レンズの副走査方向Ｙの瞳径が小
さくなるように、これを絞るかたちで上下に形成されて
いる。また、各遮光部１２ｂは、レンズ第１面１０１ａ
よりも外側（光学像の入射側）に突出した状態で配置さ
れている。これに対して開口部１２ｃは、鏡筒９に支持
されるレンズ（第１レンズ１０１）に光学像を入射させ
るべく形成されたもので、その開口縁部に一対の切欠部
１２ｄが設けられている。各々の切欠部１２ｄは、開口
部１２ｃの両端から連続するかたちで主走査方向Ｘの両
サイドに設けられている。また、各切欠部１２ｄは、光
学像の入射側から射出側に向けて凹状に形成され、その
一部がレンズ第１面１０１ａの頂点部（光軸Ｚとの交差
点）よりもレンズ第２面１０１ｂ側に入り込んだ状態と
なっている。

【００２８】上記構成からなる画像読取装置では、レン
ズを垂直に立てた際に、レンズカバー１２の一端（遮光
部１２ｂ）がレンズ第１面１０１ａの頂点部よりも下方
に突出した状態となり、また原稿画像の読み取りに際し
ては、ラインセンサ１１により読み取られる主走査方向
Ｘの光学像が、レンズカバー１２の開口部１２ｃに加え
て、その開口縁部に設けられた左右の切欠部１２ｄから
も第１レンズ１０１に入射するようになる。よって、上
記第１実施形態と同様の効果が得られる。

【００２９】また、本第２実施形態においては、図６に
示すように、鏡筒９の一端にレンズカバー１２を装着し
た状態で、光軸を中心にレンズカバー１２を回転し得る
ようになっているため、鏡筒９内にレンズ１０を組み込
んでレンズカバー１２を装着したのち、光軸廻りにレン
ズカバー１２を適宜回転させることにより、レンズ左右
の光学特性のバランスをとることができる。これによ
り、歩留りの向上が図られる。

【００３０】さらに、レンズカバー１２の前面に遮光部
１２ｂを設け、この遮光部１２ｂによってレンズの副走
査方向Ｙの瞳径を絞るようにしたので、原稿画像の読み
取りに際しては、原稿から得られる光学像の一部、すな
わちレンズカバー１２の開口部１２ｃよりも上または下
に向かう光線が遮光部１２ｂで遮られるようになる。こ
れにより、副走査方向Ｙの解像度に影響を与える光線が
レンズカバー１２でカットされることから、副走査方向
Ｙの解像度を良好にしてレンズの結像特性を改善するこ
とができる。

【００３１】また、レンズカバー１２では、主走査方向
Ｘのレンズ開口を十分に広く確保したうえで、副走査方
向Ｙのみ光束の広がりを制限するので、通常の円形の絞
りと比較して光量ロスが少なくて済む。さらに、レンズ
単体の特性値で要求スペックを満足するには、レンズに
使用する硝材のコストが高くなるが、上述のようにレン
ズカバー１２によって結像特性を改善すれば硝材のコス
トを下げることができるため、トータルコストの低減に
つながる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の画像読取装
置によれば、レンズ支持体の一端をレンズ面より外側に
突出させてレンズを保護するようにしても、読取手段に
より読み取られる主走査方向の光学像を、レンズ支持体
の開口部に加えて、その開口縁部に設けられた切欠部か
らもレンズに入射させ、これによって主走査方向のレン
ズ開口をより広く確保することができるため、レンズの
保護機能や光学系の特性を何ら損なうことなく、レンズ
を小径化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用される画像読取装置の構成を示
す概略図である。

【図２】 レンズの全体構成を示す図である。

【図３】 レンズと鏡筒の位置関係を示す図である。

【図４】 本発明に係る画像読取装置の第１実施形態を
説明する図である。

【図５】 本発明に係る画像読取装置の第２実施形態を
説明する図である。

【図６】 第２実施形態におけるレンズカバーの装着状
態を示す図である。

【符号の説明】

９…鏡筒、９ａ…開口部、９ｂ…切欠部、１０…レン
ズ、１１…ラインセンサ、１２…レンズカバー、１２ｂ
…遮光部、１２ｃ…開口部、１２ｄ…切欠部、Ｘ…主走
査方向、Ｙ…副走査方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被読取物の光学像を結像させるレンズ
   と、 前記レンズにより結像された光学像を主走査方向に読み
   取る読取手段と、 一端を前記光学像の入射側とし他端を前記光学像の射出
   側としてそれぞれ開口してなる筒型構造をなし、その筒
   内で前記レンズを支持するレンズ支持体とを備え、 前記レンズ支持体は、前記光学像の入射側の開口縁部で
   かつ主走査方向の両サイドに、前記光学像の入射側から
   射出側に向けて凹状をなす切欠部を有することを特徴と
   する画像読取装置。
2. 【請求項２】 被読取物の光学像を結像させるレンズ
   と、 前記レンズにより結像された光学像を主走査方向に読み
   取る読取手段と、 一端を前記光学像の入射側とし他端を前記光学像の射出
   側としてそれぞれ開口してなる筒型構造をなし、その筒
   内で前記レンズを支持するレンズ支持体と、 前記レンズ支持体の一端に装着されるとともに、前記レ
   ンズ支持体の筒内に支持されるレンズに前記光学像を入
   射させる開口部を有するレンズカバーとを備え、 前記レンズカバーは、その開口縁部でかつ主走査方向の
   両サイドに、前記光学像の入射側から射出側に向けて凹
   状をなす切欠部を有することを特徴とする画像読取装
   置。
3. 【請求項３】 前記レンズカバーに、前記レンズの副走
   査方向の瞳径が小さくなるように前記光学像の一部を遮
   光する遮光部を設けてなることを特徴とする請求項２記
   載の画像読取装置。
4. 【請求項４】 前記レンズカバーを光軸を中心に回転可
   能に装着してなることを特徴とする請求項２又は３記載
   の画像読取装置。