JP2004287744A - Image scanner, image position correction method for image scanner, program for executing the method, and computer-readable record medium storing the program - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像読取装置、画像読取装置における画像位置補正方法、該方法を実行するためのプログラム、該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関し、詳細にはフラットベットスキャナにおいて有用な画像評価・補正に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】特開平9−6827号公報
【特許文献2】特開2000−163567号公報
フラットベットスキャナにおいて有用な画像評価・補正を行う際に、撮像素子と光学系と処理回路を有する電子撮像素子を対象にシミュレーションする方法及び装置が上記特許文献1に提案され、任意の被写体に対する取得画像の算出を行っている。
【0003】
また、上記特許文献2には、ブラックストライプを有する較正板を走査して、既知のブラックストライプの物理的位置と比較して、各ブラックストライプに対する変形量を計算し、画像歪を補償する画像読取装置が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1,2における従来の画像読取装置では、走行体の走査による振動あるいは光学部材の位置決め誤差などの機械的な要因によって本来出力されるべき画像位置から画像の出力位置がずれるといった画像ゆらぎが存在する。また、製造段階では検査工程において、光学部材の調整を行って、実機の読取画像を取得し、得られた画像を評価して、また調整を行うといった繰り返し作業を行っており時間がかかっていた。更に、決まった位置での画像を取得するのみで、原稿全体の画像を見ているわけではなかった。また、経時変化によって光学部材の微小な位置ずれが生じ画像に影響を及ぼすことがあった。
【0005】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、画像ゆらぎを補正でき、かつ製造段階においては調整する時間を短縮し、使用時では経時的な読取画像の劣化を補正できる、画像読取装置、画像読取装置における画像位置補正方法、該方法を実行するためのプログラム、該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、本発明の画像読取装置は、任意の被写体を照明する光源から出射した光を反射、集光する光学系部材を有する照明手段と、照明手段を被写体に対して相対的に走査させるために走査移動する第1の走行体と、被写体からの反射光を1次元に撮像する撮像素子と、被写体からの反射光を撮像素子に導く反射部材と、反射部材を搭載して第1の走行体と連動して移動する第2の走行体とを有し、第1の走行体が走査して撮像素子に被写体の像が結像することで被写体の画像を読み取る画像読取手段と、画像読取手段より出力される信号から画像信号を生成する信号処理手段とを含んで構成されている。そして、本発明の画像読取装置は、少なくとも1つの反射部材の走査変位を、少なくとも2点で計測する複数の変位計測手段を有することに特徴がある。よって、画像ゆらぎを補正でき、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正することができる。
【0007】
また、本発明の画像読取装置は、変位計測手段で計測されたデータを記憶し、計測された速度から反射部材の位置と傾きを求める演算処理部を有している。この演算処理部は、任意の瞬間の光学部材の位置と傾きから読取位置を計算し、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正する。よって、製造段階においては、光学部材の初期調整をする時間を短縮し、使用時では経時的な読取画像の劣化を補正することができる。
【0008】
更に、演算処理部により計測された変位から反射部材の位置と傾きを求め、計算された光束の反射方向と光束の伝播経路から結像レンズ毎の光束の屈折方向を計算し、主光線の伝播経路を計算して撮像素子上での結像位置を計算し、計算した結像位置から被写体上での読取位置の変化を計算し、読取位置のずれを補正する。よって、製造段階においては、光学部材の初期調整をする時間を短縮し、使用時では経時的な読取画像の劣化を補正することができる。
【0009】
また、別の発明としての画像読取装置における画像位置補正方法によれば、少なくとも1つの走行体の走査変位を、少なくとも2点で計測し、計測データを記憶し、計測された走査変位から光学系を構成する走行体の位置及び傾きを計算する。そして、走行体の位置及び傾きから、演算によって走行体に設置された反射部材の傾きを計算し、被写体からの反射光を撮像素子に導く反射部材の傾きによる光束の反射方向と光束の伝搬経路を計算する。更に、計算された光束の反射方向と光束の伝播経路から結像レンズ毎の光束の屈折方向を計算し、主光線の伝播経路を計算して撮像素子上での結像位置を計算する。そして、計算した結像位置から被写体上での読取位置の変化を計算し、任意の瞬間の光学部材の位置と傾きから、演算により読取位置を計算し、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正する。よって、画像ゆらぎを補正でき、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正することができ、製造段階においては光学部材の初期調整をする時間を短縮し、使用時では経時的な読取画像の劣化を補正することができる。
【0010】
更に、別の発明としての画像読取装置における画像位置補正方法によれば、少なくとも1つの反射部材の走査変位を、少なくとも2点で計測し、計測されたデータを記憶し、計測された変位から反射部材の位置と傾きを求める。そして、計算された光束の反射方向に対して逆方向に伝播する光束を計算し、反射部材の影響を受けない状態の被写体上での光束の出発点を求め、出射点からの主光線の伝播経路を計算することで撮像素子上での結像位置を計算する。更に、計算した結像位置から被写体上での読取位置の変化を計算し、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正する。よって、製造段階においては光学部材の初期調整をする時間を短縮し、使用時では経時的な読取画像の劣化を補正することができる。
【0011】
また、別の発明として、コンピュータで、上記画像読取装置における画像位置補正方法を実行するためのプログラムに特徴がある。よって、画像ゆらぎを補正でき、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正することができる画像位置補正方法を汎用的に画像読取装置に適用できる。
【0012】
更に、別の発明として、上記画像位置補正方法を実行するためのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に特徴がある。よって、既存のシステムを変えることなく、画像位置補正方法を適用した画像読取装置を汎用的に構築することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の画像読取装置は、少なくとも1つの反射部材の走査変位を、少なくとも2点で計測する複数の変位計測手段を有する。
【0014】
【実施例】
図1は本発明に係る画像読取装置の構成を示す透視斜視図である。また、図2は図1の画像読取装置の構成を示す概略断面図である。
【0015】
はじめに、本発明に係る画像読取装置の構成について図1を用いて説明すると、本発明の画像読取装置10は、画像原稿を設置する原稿台である原稿設置場所11と、当該原稿設置場所11を副走査方向に走査する走行体12と、走行体12と垂直方向に列を成す、例えばラインCCDの1次元撮像素子13と、原稿設置場所11を1次元撮像素子13上に像を結合するレンズ14と、走行体12に追従して副走査方向に走査して原稿からの反射像をレンズ14を介して1次元撮像素子13上に適切に結像させるための走行体15と、走行体12が原稿設置場所11を副走査方向に走査することで、原稿設置場所11に設置された画像を線順次に画像を取込み、走査することで2次元画像として読取り、当該画像信号を出力する画像信号出力ポート16と、走行体12、15を駆動させる駆動手段17とを含んで構成されている。なお、図1の画像読取装置10は、読取部走査型のフラットタイプスキャナであるが、これに限定する必要はなく、原稿台走査型や相対走査型のスキャナであってもよい。また、デジタルカメラ等の画像形成装置でもよい。更に、1次元撮像素子13の画像解像度と、フラットベットスキャナ自身の持つ画像解像度は一致しない。通常、フラットベットスキャナの画像解像度はDPI(ドット/inch)で表され、300〜800DPI程度である。
【0016】
次に、本発明に係る画像読取装置の動作について図2を用いて説明すると、コンタクトガラス18上に基準となる原稿19を設置し、原稿19を照明する光源であるランプ20がリフレクターで反射されて撮像領域21に光を照射する。そして、走行体15とそれを追従する走行体12が原稿19の先頭から終わりまで走査することで折り返しミラー12−1,15−1やレンズ14を反射光が通過して、1次元撮像素子13で光電変換されることにより、原稿の全面で一連の作用が行われ2次元画像の画像信号として取り込まれ、図1の画像信号出力ポート16から出力される。
【0017】
図3は本発明の画像読取装置に設けられた変位計測装置の構成例を示す透視斜視図である。同図において、図2と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。同図における変位計測装置30は、反射ミラー31もしくは反射ミラー32あるいは反射ミラー33の両端に反射治具34を取り付け、非接触変位計35の測定光36をその反射治具34に当て、非接触変位計35に再び光が戻るようにセットする。これによって副走査方向の変位を測定できる。非接触変位計35は画像読取装置の筺体に固定されている。一方、反射ミラー31もしくは反射ミラー32あるいは反射ミラー33の両端に非接触変位計37を取り付け、副走査方向に対して垂直方向に測定光36をスライドレール38上に当て非接触変位計37に再び光が戻るようにセットする。これによって副走査方向に対し垂直方向の変位を測定できる。
【0018】
なお、反射治具34及び非接触変位計37はそれ自体の質量が反射ミラーのたわみや挙動に影響を及ぼすため、できるだけ小さくしたほうがよく、あるいは反射ミラーに直接取り付けたほうがよい。また、微小な反射ミラーの傾きを測定するため、2つの反射治具34あるいは非接触変位計37との間はなるべく離したほうがよい。更に、副走査方向の反射ミラーの部分的な傾きを得るためには3つ以上の反射治具を取り付け、治具間の部分的な傾きを計算することで、より精密な反射ミラーの傾き測定が可能となる。非接触変位計としてはレーザ測長機や静電容量式、うず電流式などの変位計を用いることができる。レーザ式の場合は反射治具34及びスライドレール38の反射率を高くしておく必要がある。また、静電容量式あるいはうず電流式の非接触変位計を用いる場合には反射治具34及びスライドレール38を導電性のある金属面にする必要がある。更に、非接触変位計の代わりに小型レーザドップラー振動計を用いることもできる。この場合には測定された速度変動データを積分し変位に直してから計算する。また、加速度ピックアップで加速度を測定してもよい。この場合は反射ミラーに加速度ピックアップを直接固定する。加速度を測定する場合は2階積分して変位に直す必要がある。
【0019】
次に、図4は別の発明の一実施例に係る画像位置補正方法を適用した画像位置補正回路の構成を示すブロック図である。同図に示すように、上記画像読取装置41はデータバス42に接続され、トリガ信号によって走査が可能な機能を持ち、画像信号を送出する。画像信号を演算する画像演算部43はデータバス42に接続されている。画像演算部43は画像信号を元に画像処理を行い、最終的な画像データを計算する。図3の非接触変位計35,37及び反射治具34からなる変位計測装置44は画像読取装置41の走査によって移動する反射ミラーの変位を計測する装置であり、その制御部45は演算処理部46に接続され、さらにデータバス42に接続されている。演算処理部46はコンピュータで構成され、データバス42を通して画像読取装置41から送られてきた走査信号に同期して、制御部45にデータ取得指令を出し、図3の非接触変位計35,37を制御してデータ取得を行う。変位計で計測されたデータは制御部45で電気信号に変換、増幅され、変位データとして演算処理部46へと送られる。このとき使用される非接触変位計は1列の走査時間及び原稿面上換算でのCCD画素サイズから計算される走査周波数よりも応答周波数が高いものを選ぶ必要がある。演算処理部46は変位データを記憶する機能を持つ。また、受け取られた変位データを元に演算を行い、原稿画像の読取位置を計算し、画像演算部43で計算された画像データの読取位置を補正する機能を持つ。
【0020】
次に、図5は本実施例の画像位置補正装置の動作を示すフローチャートである。同図において、先ず、図4の画像読取装置41に駆動指令が出ると、同時に図4の変位計測装置44に対してもデータ取得指令が出て、画像読取装置41が走査を開始する(ステップS101)。変位計測装置44が反射ミラーの変位計測を開始する(ステップS102,S103)。図4の演算処理部46の走査の順番は列カウンタによって数えられる。この列カウンタと変位計測装置44から転送された変位データとをペアにして演算処理部46内の記憶装置に記憶する(ステップS104〜S106)。画像読取装置41が全領域を走査したら(ステップS107;YES)、計測を終了する。演算処理部46内で記憶されたデータは、速度データの場合は1回積分し、加速度の場合は2回積分して、変位データに変換される。変位データを測定した場合はそのままである。変位データと、2つの反射治具間の距離からミラーの傾き量が計算される。図4の走行体12,13は同一のワイヤあるいはベルトによって駆動されているので、走行体12の速度は走行体13の速度の2倍となる関係がある。したがって、例えば反射ミラー32の計測された変位に対し、反射ミラー31の変位は2倍の変位を持つ。このようにして得られたミラー間距離と傾きを元に座標変換及び幾何光学的な演算を行うことで、画像読取位置を計算する(ステップS108〜S111)。計算の詳細については以降に説明する。反射ミラーが傾いていない場合の理想的な画像読取位置は光学系の設計データから計算する。これはレンズの設計倍率から求めることも可能であり、あるいは以下に説明する光線追跡手法でも計算できる。各列に対応した理想的な画像読取位置は予め計算しておき、図4の演算処理部46内にデータテーブルとして用意しておくことが望ましい。理想的な画像読取位置を基準とし、ミラーが傾いたときとの画像読取位置の差分を列カウンタに対応した位置で計算することで読取位置ずれが計算する。更に、図4の画像演算部43で計算された各列カウンタに対応した画像位置データから上記で計算された読取位置ずれを差し引くことで最終的な画像位置の補正を行うことができる(ステップS112,S113)。列カウンタの値を元に計測データの最後まで順次、この計算を行う(ステップS114)。これらの計算は演算処理部46内に組み込まれたソフトウェアによって行われる。
【0021】
ここで、ミラーの位置とミラー傾きによる結像位置変化は、光線追跡手法によって計算されることが多い。しかし、光線追跡ソフトウェアは汎用のものが多く、他の計測システムと組み合わせて使用することは困難であった。そこで、反射ミラーの位置と反射ミラー傾きによる入射光束と反射ミラー面での反射光束の関係を幾何光学的な一般式にすることで光線追跡を行う。
【0022】
図6は反射ミラーの座標変換の概念を示す図である。同図において、原点62と、その原点62を含む原点平面61を考え、それぞれの直交座標系を図4のように決める。ここで、原点平面61は原稿面に等しいと考える。反射ミラーを反射面63と考えると、画像読取装置を構成する反射面はZ軸周りにβ回転し、Y軸方向にK2、X軸方向にK1平行移動したものと考えることができる。このとき、反射面は反射ミラー傾きによりY軸周りに微小回転する。また、X軸周りの回転も考慮する。これらは3次元のアフィン変換と考えることができる。原点平面41上のある点[x,y,z,1]を4次の同次座標系として表現し、変換後の座標を[xR,yR,zR,1]とすると
【0023】
[xR,yR,zR,1]=[x,y,z,1][C] (1)
【0024】
で表現される。ここで[C]は回転及び並進行列であり、以下のように表現される。
【0025】
【数1】
【0026】
次に、出射光束と反射の様子を示す図7のように、原点平面61上のある点P(xs,ys、zs)から出射した出射光束ベクトルが反射面のどこに当たるかを考える。出射光束ベクトルは単位ベクトルQ方向に進行し点K(xp,yp,zp)で反射し、反射光束ベクトルQ’方向に反射すると考える。PK=lとすると、以下の連立方程式が成り立つ。
【0027】
xp=xs+lQx (3)
yp=ys+lQy (4)
zp=zs+lQz (5)
Exp+Fyp+Gzp+H=0 (6)
【0028】
ここで、(6)式は反射面の方程式であり、E,F,G,Hは定数である。
(6)式に式(3),式(4),式(5)を代入し、整理すると以下の式が得られる。
【0029】
l=−(xsE+ysF+zsG+H)/(QxE+QyF+QzG)
(7)
【0030】
求められたlを(3)〜(5)式に代入することで点Kの座標を求めることができる。
【0031】
一方、反射法線単位ベクトルE’は出射面の法線ベクトルEを用いて以下のように表すことができる。
【0032】
E’=C・E (8)
【0033】
出射光束ベクトルの単位ベクトル[Qx,Qy,Qz]を用いると、反射方向を示す反射光束ベクトル[Q’x,Q’y,Q’z]は反射行列を用いて、以下のように表すことができる。
【0034】
【数2】
【0035】
次に、出射光束と反射の様子を示す図8に示されるように、反射面63上の点Kから出射した出射光束単位ベクトルQ’が反射面64のM点に当たって反射光束ベクトルQ’’の方向に反射する。これは上記(1)式〜(9)式の計算を行うことで反射光束ベクトルQ’’の位置及び方向を求めることができる。
【0036】
以上のような一連の計算を順次各反射面に対して行っていく。その一連の計算の一例を図9に示す。同図において、原稿面平面61上の点Pから出射した光束は反射面63上の点Kに当たり、反射されて、反射面64上の点Mに当たって、Q’’の方向に反射する。更に、反射面65上の点Nに当たってQ’’’方向に反射する。結像レンズ66による屈折作用は光線追跡手法によって計算されることが多い。
【0037】
しかし、光線追跡ソフトウェアは汎用のものが多く、他の計測システムと組み合わせて使用することは困難であった。また、従来のソフトウェアは屈折界面での屈折の組み合わせで記述されており、レンズという部品単位での計算はできなかった。
【0038】
そこで、結像レンズ毎での屈折を幾何学的な一般式にすることで結像レンズを通過する光束の光線追跡を行って、結像位置を求める。結像レンズの傾き・並進は結像レンズ自身の組付け精度と画像読取装置への組付け精度によって決まる。結像レンズ自身の持つ反射偏心あるいは透過偏心は、レンズ偏心測定機等で測定可能で、画像読取装置への組付けは組付け治具の精度で決まる。実際には結像レンズ自身の傾き・並進公差と画像読取装置への組付け公差の積上げ公差を考慮して計算を行い、最終的な読取位置の誤差を見積もった方がよい。
【0039】
次に、図10の(a)〜(f)を用いてレンズの屈折による結像位置算出手順について説明する。
図10の(a)に示すように、反射面71の点V(Vx,Vy,Vz)から反射した出射光単位ベクトルS(=Q’’’)はレンズ面72上の交点K(Xk,Yk,Zk)上で屈折する。このときのKの座標と屈折方向を求める。レンズ面72は元座標系に対して回転もしくは並進された状態を考える。これはレンズの取り付け誤差を考慮するためである。この場合は図10の(b)のように座標系をレンズ面72の回転もしくは並進に合わせた座標変換を行う。元座標系のままでレンズ面の回転もしくは並進を考える方法もあるが、レンズ面が非球面である場合を考えると変換座標系に変換して計算を実行する方が計算式は簡単になる。元座標系をXYZとし、それぞれの軸回りの回転をγ,α,β、並進をUx,Uy,Uzとする。なお、図10の(a),(b)では回転角がβ、並進量がUyの状態を示している。並進及び回転成分を加えると、座標変換後の点V’(V’x,V’y,V’z)及び出射光ベクトルS’(S’x,S’y,S’z)は以下のように表現される。
【0040】
[V’x V’y V’z]=[Vx−Ux Vy−Uy Vz−Uz][R] (10)
[S’x S’y S’z]=[Sx Sy Sz][R] (11)
【0041】
ここで[R]は回転行列であり、以下のように表現される。
【0042】
【数3】
【0043】
出射光ベクトルS’は並進の影響は受けないので回転行列のみを作用させる。
【0044】
次に、変換座標系での出射光とレンズ面72との交点K’(X’k,Y’k,Z’k)を求める。
【0045】
【数4】
【0046】
とすると以下の連立方程式が成り立つ。
【0047】
X’k=V’x+mS’x (13)
Y’k=V’y+mS’y (14)
Z’k=V’z+mS’z (15)
【0048】
【数5】
【0049】
ここで、(16)式は非球面曲面の方程式である。CnはConic定数であり、Cnの値により曲面の形が変化する。(Cn>0:楕円、Cn=0:放物面、Cn<0:双曲面、Cn=1:球面)rはレンズ面1の曲率半径である。
【0050】
上記(13)式〜(16)式を解いてmを求め、(13)式〜(15)式に代入することで交点K’の座標を求めることができる。
【0051】
次に、レンズ面での屈折方向を計算する。図10の(c)に示されるように、出射光ベクトルV’は屈折率Nの媒質中を伝播し、屈折率N’のレンズ面72で屈折して屈折光ベクトルT’(T’x,T’y,T’z)の方向に屈折する。
【0052】
そして、図10−(d)のように、交点K’におけるレンズ面72上の法線ベクトルE’(E’x,E’y,E’z)を考える。このときレンズ面72への入射角をi、屈折光ベクトルと法線ベクトルの成す角をi’とする。(16)式をX’kについて変形すると下記の(17)式を得る。
【0053】
【数6】
【0054】
法線ベクトルの各成分は勾配を取ることで計算できる。
【0055】
【数7】
【0056】
とすると以下のようになる。
【0057】
E’x=1 (19)
E’y=−Y’k/Br (20)
E’z=−Z’k/Br (21)
E’・S’=cos i及びE’・T’=cos i’ なる関係を用いてスネルの法則
【0058】
|N|(E’×S’)=|N’|(E’×T’) (22)
【0059】
を変形すると、屈折光ベクトルT’(T’x,T’y,T’z)は以下のように求まる。
【0060】
T’=NS’/N’+E’(cos i’− Ncos i/N’) (23)
ここで cos i’は以下のように計算できる。
【0061】
【数8】
【0062】
sign(cos i)はcos iの正負によって+1もしくは−1の値を取る関数である。
【0063】
以上(10)式〜(24)式を用いてレンズ面72での交点K’及び屈折光ベクトルT’が求まる。これら一連の計算を次の面に対しても同様に行う。
【0064】
図10−(e)に示されるようにレンズ面72の後面にレンズ面73を考え、レンズが存在する場合は前記で求まった交点K’を出射点座標、屈折光ベクトルT’を出射光ベクトルと考えて同様の計算を行うことでレンズの屈折計算を行う。
このようにして最終的にレンズから出射する交点K’1(X’k1,Y’k1,Z’k1)及び屈折光ベクトルT’1(T’x1,T’y1,T’z1)が求まる。
【0065】
次に、図10−(f)に示されるように、座標系X’Y’Z’を元座標系XYZに戻す。回転行列を[R]とすればレンズの傾きのみを元の座標系に戻すと以下のようになる。
【0066】
[Xs Ys Zs]=[R]−1[X’k1 Y’k1 Z’k1] (25)
【0067】
このとき[R]−1は以下のように与えられる。
【0068】
【数9】
【0069】
並進成分を元に戻せば、交点K1は以下のようになる。
【0070】
[Xk1 Yk1 Zk1]=[Xs+Ux Ys+Uy Zs+Uz] (27)
【0071】
また、屈折光ベクトルT1は以下のように元の座標系に戻すことができる。
【0072】
[Tx1 Ty1 Tz1]=[R]−1[T’x1 T’y1 T’z1] (28)
【0073】
屈折光ベクトルT1は並進の影響を受けないので回転行列のみを作用させる。
【0074】
このようにして、レンズでの屈折を計算することができる。レンズが複数ある場合も(10)式〜(28)式の計算を繰り返し実行することで計算することができる。
【0075】
次に、結像位置の座標を求める。結像面74での結像位置Pi[Xi,Yi,Zi]は
【0076】
【数10】
【0077】
とすると以下の連立方程式が成り立つ。
【0078】
Xi=Xk1+nTx1 (29)
Yi=Yk1+nTy1 (30)
Zi=Zk1+nTz1 (31)
E2Xi+F2Yi+G2Zi+H2=0 (32)
ただし、E2、F2、G2、H2は定数である。
【0079】
(32)式に(29)式,(30)式,(31)式を代入し整理してnを求める。
求まったnを(29)式〜(31)式に代入することで結像位置Pi[Xi,Yi,Zi]の座標を求めることができる。このようにして最終的に結像面での座標が計算できる。結像面での座標を元にレンズの結像倍率から画像読取位置が計算される。レンズの結像倍率をVとすれば、画像読取位置[Xg,Yg,Zg]はそれぞれ以下のように計算できる。
【0080】
Xg=Xi/V (33)
Yg=Yi/V (34)
Zg=Zi/V (35)
【0081】
また、光線の伝播は可逆性が成り立つので、結像面側から光線追跡を行って、画像読取位置を計算することもできる。主光線のみを考えればこの方法は直接、画像読取位置を求めることができる。
【0082】
次に、図3のように反射ミラー32の両端に反射治具34を取り付け、非接触変位計35の測定光36をその反射治具35に当て、非接触変位計35に再び光が戻るようにセットする。これによって副走査方向の変位を測定し、反射ミラー32の副走査方向の傾きを計算する。反射ミラー33も同様の傾きを持つと考える。反射ミラー31は反射ミラー32の2倍の変位を持つと考えられるが、正確には反射ミラー31の変位を測定することが望ましい。一方、反射ミラー32の両端に非接触変位計37を取り付け、副走査方向に対して垂直方向に測定光36をスライドレール38上に当て非接触変位計37に再び光が戻るようにセットする。これによって副走査方向に対し垂直方向の変位を測定し、その傾きを計算する。反射ミラー33も同様の傾きを持つと考える。反射ミラー31は反射ミラー32の2倍の変位を持つと考えられるが、正確には反射ミラー31の変位を測定することが望ましい。
【0083】
以上の一連の測定及び計算をA3原稿全面分の走査範囲にわたって実行し、主走査及び副走査方向に関して読取り位置の変化をプロットしたものを図11に示す。左表は副走査位置での図3の反射ミラー31の傾き量を示している。反射ミラーの傾きが走査とともに変動するため、読取位置が変化し、画像ゆらぎが発生することを示している。この図の画像ゆらぎ量は主走査及び副走査方向に対して拡大表示をしている。原稿全面に渡って画像ゆらぎを補正すると長方形状の結果が得られる。
【0084】
図12は本実施例の画像位置補正装置を適用した読取位置評価装置の構成を示す透視斜視図である。同図において、図3と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。ここで、反射ミラー32の挙動を計測するためには反射ミラー32に反射治具34を取り付けるのが良いが、実際には走行体13が存在するために反射ミラー32に直接、反射治具を取り付けるのは難しい。そこで走行体12もしくは走行体13に反射治具34を取り付ける。同図に示す例では走行体13に反射治具34を取り付けている。非接触変位計35の測定光をその反射治具34に当て、非接触変位計35に再び光が戻るようにセットする。これによって副走査方向の変位を測定できる。非接触変位計35は画像読取装置の筺体に固定されている。反射ミラー32,33は走行体13に取り付けられており、走行体13は剛体と考えてよいので反射ミラー32,33は走行体13と同じ動きをすると考えることができる。すなわち反射ミラー32,33は同位相で走行体13と同じ動きをすると考えてよい。
【0085】
一方、走行体12もしくは走行体13の両端に非接触変位計37を取り付け、副走査方向に対して垂直方向に測定光36をスライドレール38上に当て非接触変位計37に再び光が戻るようにセットする。この例では走行体13に非接触変位計を取り付けている。これによって副走査方向に対し垂直方向の変位を測定できる。この場合も同様に走行体と反射ミラーは同じ動きをすると考えられるので、この変位は反射ミラーの変位に相当すると考えてよい。反射治具34及び非接触変位計37はそれ自体の質量が走行体のたわみや挙動に影響を及ぼすため、できるだけ小さくしたほうがよく、微小な走行体の傾きを測定するため、2つの反射治具あるいは非接触変位計37間はなるべく離したほうがよい。更に、副走査方向の走行体の部分的な傾きを得るためには3つ以上の反射治具を取り付け、治具間の部分的な傾きを計算することで、より精密な走行体の傾き測定が可能となる。
【0086】
また、走行体単体での固有モードを測定あるいは計算し、反射ミラー32,33の取り付け部分の挙動及び位相から反射ミラー32,33の動きを推定することもできる。この場合は最も振幅の大きい1次モードなどを用いれば反射ミラー32,33の相対的な挙動をつかむことが可能になる。固有モードの挙動は有限要素解析やモーダル解析の手法を用いて捉えることができる。
【0087】
非接触変位計としてはレーザ測長機や静電容量式、うず電流式などの変位計を用いることができる。レーザ式の場合は反射治具及びスライドレールの反射率を高くしておく必要がある。また静電容量式あるいはうず電流式の変位計を用いる場合には反射治具及びスライドレールを導電性のある金属面にする必要がある。また、変位計の代わりに小型レーザドップラー振動計を用いることもできる。この場合には測定された速度変動データを積分し変位に直してから計算する。また、加速度ピックアップで加速度を測定してもよい。この場合は反射ミラーに加速度ピックアップを直接固定する。加速度を測定する場合は2階積分して変位に直す必要がある。
【0088】
次に、本実施例の画像位置補正装置の別の画像位置補正動作について説明すると、別の画像位置補正方法は反射ミラーまでの光線追跡部分までは上述した動作と同様である。その以降の結像レンズによる屈折作用の計算部分が異なる。結像レンズによる屈折作用は光線追跡手法によってレンズ毎の屈折計算を行う方法が多いが、レンズ枚数が多い場合には計算時間がかかるという問題がある。また、レンズ自身は筺体に固定されているため、位置決めが正確にされていれば傾きや並進は微小で経時的な変化もない。そのような状態で主光線のみで考えれば、以下のような方法でレンズによる屈折作用を計算することができる。
【0089】
図13は別の画像位置補正の様子を示す図である。ここでは説明の便宜上、光路を直線上に配置した形で説明する。図13の(a)に示すように、反射面83の点Nから反射した反射光単位ベクトルQ’’’は結像面85上の点Piに結像する。このPiの座標を求める。次に、図13の(b)に示すように、反射光単位ベクトルQ’’’と逆方向に逆伝搬単位ベクトル
【0090】
【数11】
【0091】
を考え、反射面82及び反射面83を取り去った状態で原稿面81上の出射点Rの座標を光線追跡によって求める。出射点Rから結像レンズ86の中心を通る主光線87は結像面85上の点Piに結像する。すなわち反射光単位ベクトルQ’’’と主光線87は同じ点Piに結像する。これは反射面81の傾きが微小であれば結像関係が崩れないことを利用している。したがって、図13の(c)に示されるように出射点Rから出射した主光線87の単位ベクトルを光線追跡し、結像位置Piを求めることで反射光単位ベクトルQ’’’の結像位置を求めることができる。
【0092】
図14は別の画像位置補正方法を説明する図である。同図において、原稿面81上の出射点は原稿面平面の方程式と逆伝搬単位ベクトルから計算することができる。原稿面平面の方程式は以下のように得られる。
【0093】
E1XR+F1YR+G1ZR+H1=0 (36)
ただし、E1、F1、G1、H1は定数である。
【0094】
次に、出射点Rの座標を求める。点T(Xt,Yt,Zt)から
【0095】
【数12】
【0096】
方向に出た光は原稿面上の出射点R(XR,YR,ZR)に当たる。
【0097】
【数13】
【0098】
であり、
【0099】
【数14】
【0100】
とすると以下の式が成り立つ。
【0101】
【数15】
【0102】
(40)式に(37)式、(38)式、(39)式を代入し整理する。
【数16】
【0103】
(41)式よりmを求め、(37)式〜(39)式に代入することでR点の座標が求まる。同様の手順で出射点(XR,YR,ZR)から出た主光線2ベクトル(Rx,Ry,Rz)が結像する結像位置(Xi,Yi,Zi)を求めることができる。
【0104】
【数17】
【0105】
とすると
【0106】
Xi=XR+nRx (42)
Yi=YR+nRy (43)
Zi=ZR+nRz (44)
E2Xi+F2Yi+G2Zi+H2=0 (45)
ただし、E2、F2、G2、H2は定数である。
【0107】
(45)式に(42)式、(43)式、(44)式を代入し整理する。
【0108】
【0109】
(46)式よりnを求め、(42)式〜(44)式に代入することで点Piの座標が求まる。
【0110】
このようにして最終的に結像面での座標が計算できる。このときレンズ作用は主光線のみを簡易的に考えれば結像面の像高に対して線形であると考える。結像面での座標を元にレンズの結像倍率から画像読取位置が計算される。
【0111】
一方、ミラーが傾いていない理想的な結像位置を計算し、その座標を元にレンズの結像倍率から理想状態の画像読取位置が計算される。この位置とミラーが傾いたときの画像読取位置の差を計算することで、原稿面での読取位置の変化が計算される。
【0112】
次に、図15は本発明の画像位置補正方法の各実施例を実行するプログラムを起動するための具体的な装置の構成を示すブロック図である。つまり、同図は上記実施例における画像位置補正方法によるソフトウェアを実行するマイクロプロセッサ等から構築されるハードウェアを示すものである。同図において、画像位置補正システムはインターフェース(以下I/Fと略す)91、CPU92、ROM93、RAM94、表示装置95、ハードディスク96、キーボード97及びCD−ROMドライブ98を含んで構成されている。また、汎用の端末装置を用意し、CD−ROM99などの読取可能な記憶媒体には、本発明の画像位置補正方法を実行するプログラムが記憶されている。更に、I/F91を介して外部装置から制御信号が入力され、キーボード97によって操作者による指令又は自動的に本発明のプログラムが起動される。そして、CPU92は当該プログラムに従って上述の画像位置補正方法に伴う制御処理を施し、その処理結果をRAM94やハードディスク96等の記憶装置に格納し、必要により表示装置95などに出力する。以上のように、本発明の画像位置補正方法を実行するプログラムが記憶した媒体を用いることにより、既存の端末装置を変えることなく、画像位置補正システムを汎用的に構築することができる。
【0113】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【0114】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像読取装置は、任意の被写体を照明する光源から出射した光を反射、集光する光学系部材を有する照明手段と、照明手段を被写体に対して相対的に走査させるために走査移動する第1の走行体と、被写体からの反射光を1次元に撮像する撮像素子と、被写体からの反射光を撮像素子に導く反射部材と、反射部材を搭載して第1の走行体と連動して移動する第2の走行体とを有し、第1の走行体が走査して撮像素子に被写体の像が結像することで被写体の画像を読み取る画像読取手段と、画像読取手段より出力される信号から画像信号を生成する信号処理手段とを含んで構成されている。そして、本発明の画像読取装置は、少なくとも1つの反射部材の走査変位を、少なくとも2点で計測する複数の変位計測手段を有することに特徴がある。よって、画像ゆらぎを補正でき、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正することができる。
【0115】
また、本発明の画像読取装置は、変位計測手段で計測されたデータを記憶し、計測された速度から反射部材の位置と傾きを求める演算処理部を有している。この演算処理部は、任意の瞬間の光学部材の位置と傾きから読取位置を計算し、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正する。よって、製造段階においては、光学部材の初期調整をする時間を短縮し、使用時では経時的な読取画像の劣化を補正することができる。
【0116】
更に、演算処理部により計測された変位から反射部材の位置と傾きを求め、計算された光束の反射方向と光束の伝播経路から結像レンズ毎の光束の屈折方向を計算し、主光線の伝播経路を計算して撮像素子上での結像位置を計算し、計算した結像位置から被写体上での読取位置の変化を計算し、読取位置のずれを補正する。よって、製造段階においては、光学部材の初期調整をする時間を短縮し、使用時では経時的な読取画像の劣化を補正することができる。
【0117】
また、別の発明としての画像読取装置における画像位置補正方法によれば、少なくとも1つの走行体の走査変位を、少なくとも2点で計測し、計測データを記憶し、計測された走査変位から光学系を構成する走行体の位置及び傾きを計算する。そして、走行体の位置及び傾きから、演算によって走行体に設置された反射部材の傾きを計算し、被写体からの反射光を撮像素子に導く反射部材の傾きによる光束の反射方向と光束の伝搬経路を計算する。更に、計算された光束の反射方向と光束の伝播経路から結像レンズ毎の光束の屈折方向を計算し、主光線の伝播経路を計算して撮像素子上での結像位置を計算する。そして、計算した結像位置から被写体上での読取位置の変化を計算し、任意の瞬間の光学部材の位置と傾きから、演算により読取位置を計算し、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正する。よって、画像ゆらぎを補正でき、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正することができ、製造段階においては光学部材の初期調整をする時間を短縮し、使用時では経時的な読取画像の劣化を補正することができる。
【0118】
更に、別の発明としての画像読取装置における画像位置補正方法によれば、少なくとも1つの反射部材の走査変位を、少なくとも2点で計測し、計測されたデータを記憶し、計測された変位から反射部材の位置と傾きを求める。そして、計算された光束の反射方向に対して逆方向に伝播する光束を計算し、反射部材の影響を受けない状態の被写体上での光束の出発点を求め、出射点からの主光線の伝播経路を計算することで撮像素子上での結像位置を計算する。更に、計算した結像位置から被写体上での読取位置の変化を計算し、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正する。よって、製造段階においては光学部材の初期調整をする時間を短縮し、使用時では経時的な読取画像の劣化を補正することができる。
【0119】
また、別の発明として、コンピュータで、上記画像読取装置における画像位置補正方法を実行するためのプログラムに特徴がある。よって、画像ゆらぎを補正でき、光学部材の傾きや振動による読取位置のずれを補正することができる画像位置補正方法を汎用的に画像読取装置に適用できる。
【0120】
更に、別の発明として、上記画像位置補正方法を実行するためのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に特徴がある。よって、既存のシステムを変えることなく、画像位置補正方法を適用した画像読取装置を汎用的に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る画像読取装置の構成を示す透視斜視図である。
【図2】図1の画像読取装置の構成を示す概略断面図である。
【図3】本発明の画像読取装置に設けられた変位計測装置の構成例を示す透視斜視図である。
【図4】別の発明の一実施例に係る画像位置補正方法を適用する画像位置補正回路の構成を示すブロック図である。
【図5】本実施例の画像位置補正装置の動作を示すフローチャートである。
【図6】反射ミラーの座標変換の概念を示す図である。
【図7】出射光束と反射の様子を示す図である。
【図8】出射光束と反射の様子を示す図である。
【図9】反射光束ベクトルQ’’の位置及び方向の計算の一例を示す図である。
【図10】レンズの屈折による結像位置算出手順を示す図である。
【図11】主走査及び副走査方向に関して読取り位置の変化を示す図である。
【図12】本実施例の画像位置補正装置を適用した読取位置評価装置の構成を示す透視斜視図である。
【図13】別の画像位置補正の様子を示す図である。
【図14】別の画像位置補正方法を説明する図である。
【図15】本発明の画像位置補正方法の各実施例を実行するプログラムを起動するための具体的な装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
10,41;画像読取装置、11;原稿設置場所、12,15;走行体、
13;1次元撮像素子、14;レンズ、16;画像信号出力ポート、
17;駆動手段、18;コンタクトガラス、19;原稿、20;ランプ、
21;撮像領域、31〜33;反射ミラー、34;反射治具、
35,37;非接触変位計、38;スライドレール、42;データバス、
43;画像演算部、44;変位計測装置、45;制御部、
46;演算処理部、61;原点平面、62;原点、63〜65;反射面、
66;結像レンズ、67;結像面、71;反射面、72;レンズ面、
73;レンズ、74;結像面、81;原稿面、82〜84;反射面、
85;結像面、86;結像レンズ、87;主光線。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image reading apparatus, an image position correcting method in the image reading apparatus, a program for executing the method, and a computer-readable recording medium storing the program, and more particularly, to an image evaluation / use useful in a flatbed scanner. Regarding correction.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] JP-A-9-6827
[Patent Document 2] JP-A-2000-163567
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163,873 discloses an image reading apparatus that scans a calibration plate having black stripes, calculates a deformation amount for each black stripe by comparing with a known physical position of the black stripe, and compensates for image distortion. A device has been proposed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional image reading apparatuses described in
[0005]
The present invention has been made to solve these problems. An image reading apparatus capable of correcting image fluctuation, shortening adjustment time in a manufacturing stage, and correcting deterioration of a read image over time during use. It is an object to provide a device, an image position correcting method in an image reading device, a program for executing the method, and a computer-readable recording medium storing the program.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an image reading apparatus according to the present invention includes: an illumination unit having an optical system member that reflects and collects light emitted from a light source that illuminates an arbitrary subject; Equipped with a first traveling body that scans and moves to relatively scan, an imaging device that one-dimensionally captures reflected light from a subject, a reflecting member that guides reflected light from the subject to the imaging device, and a reflecting member And a second traveling body that moves in conjunction with the first traveling body, wherein the first traveling body scans and forms an image of the subject on the image sensor to read the image of the subject. The image processing apparatus includes a reading unit and a signal processing unit that generates an image signal from a signal output from the image reading unit. Further, the image reading apparatus of the present invention is characterized in that it has a plurality of displacement measuring means for measuring the scanning displacement of at least one reflecting member at at least two points. Therefore, the image fluctuation can be corrected, and the deviation of the reading position due to the inclination or vibration of the optical member can be corrected.
[0007]
Further, the image reading apparatus of the present invention has an arithmetic processing unit which stores data measured by the displacement measuring means and calculates the position and inclination of the reflecting member from the measured speed. The arithmetic processing unit calculates the reading position from the position and the inclination of the optical member at an arbitrary moment, and corrects the deviation of the reading position due to the inclination and vibration of the optical member. Therefore, in the manufacturing stage, the time for the initial adjustment of the optical member can be shortened, and the deterioration of the read image over time can be corrected in use.
[0008]
Further, the position and inclination of the reflecting member are obtained from the displacement measured by the arithmetic processing unit, and the refraction direction of the light beam for each imaging lens is calculated from the calculated reflection direction of the light beam and the propagation path of the light beam. A path is calculated to calculate an image forming position on the image sensor, a change in a reading position on the subject is calculated from the calculated image forming position, and a deviation of the reading position is corrected. Therefore, in the manufacturing stage, the time for the initial adjustment of the optical member can be shortened, and the deterioration of the read image over time can be corrected in use.
[0009]
Further, according to the image position correcting method in the image reading device as another invention, the scanning displacement of at least one traveling body is measured at at least two points, the measurement data is stored, and the optical system is calculated from the measured scanning displacement. Is calculated. Then, from the position and the inclination of the traveling body, the inclination of the reflecting member installed on the traveling body is calculated by calculation, and the reflection direction of the light beam and the propagation path of the light beam due to the inclination of the reflecting member that guides the reflected light from the subject to the image sensor. Is calculated. Further, the refraction direction of the light beam for each imaging lens is calculated from the calculated reflection direction of the light beam and the propagation path of the light beam, and the propagation path of the principal ray is calculated to calculate the image formation position on the image sensor. Then, the change of the reading position on the subject is calculated from the calculated image forming position, and the reading position is calculated by calculation from the position and inclination of the optical member at an arbitrary moment, and the reading position due to the inclination and vibration of the optical member is calculated. Correct the misalignment. Therefore, the image fluctuation can be corrected, the reading position shift due to the inclination or vibration of the optical member can be corrected, the time for the initial adjustment of the optical member can be reduced in the manufacturing stage, and the read image can be read with time in use. Can be corrected.
[0010]
Further, according to the image position correcting method in the image reading device as another invention, the scanning displacement of at least one reflecting member is measured at at least two points, the measured data is stored, and the reflection is measured from the measured displacement. Find the position and inclination of the member. Then, the light beam propagating in the opposite direction to the calculated light beam reflection direction is calculated, the starting point of the light beam on the subject not affected by the reflection member is obtained, and the propagation of the principal ray from the emission point is calculated. By calculating the path, an image formation position on the image sensor is calculated. Further, a change in the reading position on the subject is calculated from the calculated image forming position, and a deviation of the reading position due to the inclination or vibration of the optical member is corrected. Therefore, it is possible to shorten the time required for the initial adjustment of the optical member in the manufacturing stage, and to correct the deterioration of the read image with time during use.
[0011]
Another aspect of the present invention is characterized in a program for causing a computer to execute the image position correcting method in the image reading device. Therefore, an image position correction method capable of correcting image fluctuation and correcting a shift of a reading position due to inclination or vibration of an optical member can be generally applied to an image reading apparatus.
[0012]
Another aspect of the present invention is characterized in a computer-readable recording medium storing a program for executing the image position correcting method. Therefore, an image reading apparatus to which the image position correction method is applied can be universally constructed without changing an existing system.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The image reading apparatus of the present invention has a plurality of displacement measuring means for measuring the scanning displacement of at least one reflecting member at at least two points.
[0014]
【Example】
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the image reading apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view showing the configuration of the image reading apparatus of FIG.
[0015]
First, the configuration of the image reading apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 1. The
[0016]
Next, the operation of the image reading apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. 2. A
[0017]
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of a displacement measuring device provided in the image reading apparatus of the present invention. 2, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components. The displacement measuring device 30 in the figure attaches a
[0018]
Since the
[0019]
Next, FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an image position correction circuit to which an image position correction method according to another embodiment of the present invention is applied. As shown in the figure, the
[0020]
Next, FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the image position correcting apparatus of the present embodiment. 4, first, when a drive command is issued to the
[0021]
Here, the change in the imaging position due to the mirror position and the mirror tilt is often calculated by a ray tracing method. However, many ray tracing software are general-purpose software, and it has been difficult to use them in combination with other measurement systems. Therefore, ray tracing is performed by making the relationship between the incident light flux due to the position of the reflection mirror and the inclination of the reflection mirror and the light flux reflected on the reflection mirror surface into a general geometric optical formula.
[0022]
FIG. 6 is a diagram illustrating the concept of coordinate conversion of a reflection mirror. 4, an
[0023]
[XR, yR, zR, 1] = [x, y, z, 1] [C] (1)
[0024]
Is represented by Here, [C] is a rotation and translation sequence, and is expressed as follows.
[0025]
(Equation 1)
[0026]
Next, as shown in FIG. 7 showing the state of the emitted light beam and reflection, it is considered where the emitted light beam vector emitted from a certain point P (xs, ys, zs) on the
[0027]
xp = xs + 1Qx (3)
yp = ys + 1Qy (4)
zp = zs + 1Qz (5)
Exp + Fyp + Gzp + H = 0 (6)
[0028]
Here, equation (6) is an equation of the reflecting surface, and E, F, G, and H are constants.
By substituting Equations (3), (4), and (5) into Equation (6) and rearranging, the following equation is obtained.
[0029]
1 =-(xsE + ysF + zsG + H) / (QxE + QyF + QzG)
(7)
[0030]
By substituting the obtained l into the equations (3) to (5), the coordinates of the point K can be obtained.
[0031]
On the other hand, the reflection normal unit vector E ′ can be expressed as follows using the normal vector E of the emission surface.
[0032]
E '= CE (8)
[0033]
When the unit vector [Qx, Qy, Qz] of the emitted light beam vector is used, the reflected light beam vector [Q'x, Q'y, Q'z] indicating the reflection direction is expressed as follows using a reflection matrix. Can be.
[0034]
(Equation 2)
[0035]
Next, as shown in FIG. 8 showing the state of the emitted light beam and the reflection, the emitted light beam unit vector Q ′ emitted from the point K on the reflecting
[0036]
The above-described series of calculations is sequentially performed on each reflecting surface. FIG. 9 shows an example of the series of calculations. In the figure, a light beam emitted from a point P on the
[0037]
However, many ray tracing software are general-purpose software, and it has been difficult to use them in combination with other measurement systems. In addition, conventional software is described as a combination of refraction at a refraction interface, and it is not possible to calculate a lens unit of a component.
[0038]
Therefore, the refraction of each imaging lens is represented by a general geometric formula, and the ray tracing of the light beam passing through the imaging lens is performed to obtain an imaging position. The inclination and translation of the imaging lens are determined by the assembly accuracy of the imaging lens itself and the assembly accuracy to the image reading device. The reflection eccentricity or the transmission eccentricity of the imaging lens itself can be measured by a lens eccentricity measuring device or the like, and the mounting to the image reading device is determined by the accuracy of the mounting jig. In practice, it is better to calculate in consideration of the stacking tolerance of the inclination / translation tolerance of the imaging lens itself and the assembly tolerance to the image reading device, and to estimate the final reading position error.
[0039]
Next, a procedure for calculating an imaging position by refraction of a lens will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 10A, the output light unit vector S (= Q ′ ″) reflected from the point V (Vx, Vy, Vz) on the
[0040]
[V'x V'y V'z] = [Vx-Ux Vy-Uy Vz-Uz] [R] (10)
[S'xS'yS'z] = [SxSySz] [R] (11)
[0041]
Here, [R] is a rotation matrix, and is expressed as follows.
[0042]
[Equation 3]
[0043]
The output light vector S 'is not affected by translation, so that only the rotation matrix acts.
[0044]
Next, an intersection K ′ (X′k, Y′k, Z′k) between the emitted light and the
[0045]
(Equation 4)
[0046]
Then, the following simultaneous equations hold.
[0047]
X'k = V'x + mS'x (13)
Y'k = V'y + mS'y (14)
Z'k = V'z + mS'z (15)
[0048]
(Equation 5)
[0049]
Here, equation (16) is an equation of an aspherical curved surface. Cn is a Conic constant, and the shape of the curved surface changes according to the value of Cn. (Cn> 0: ellipse, Cn = 0: paraboloid, Cn <0: hyperboloid, Cn = 1: spherical surface) r is the radius of curvature of the
[0050]
The coordinates of the intersection K ′ can be obtained by solving the above equations (13) to (16) to obtain m, and substituting it into the equations (13) to (15).
[0051]
Next, the refraction direction on the lens surface is calculated. As shown in FIG. 10C, the outgoing light vector V ′ propagates through the medium having the refractive index N, and is refracted by the
[0052]
Then, as shown in FIG. 10D, the normal vector E ′ (E′x, E′y, E′z) on the
[0053]
(Equation 6)
[0054]
Each component of the normal vector can be calculated by taking a gradient.
[0055]
(Equation 7)
[0056]
Is as follows.
[0057]
E'x = 1 (19)
E'y = -Y'k / Br (20)
E'z = -Z'k / Br (21)
Snell's law using the relations E'.S '= cos i and E'.T' = cos i '
[0058]
| N | (E ′ × S ′) = | N ′ | (E ′ × T ′) (22)
[0059]
Is transformed, the refracted light vector T ′ (T′x, T′y, T′z) is obtained as follows.
[0060]
T ′ = NS ′ / N ′ + E ′ (cos i′−Ncos i / N ′) (23)
Here, cos i ′ can be calculated as follows.
[0061]
(Equation 8)
[0062]
sign (cos i) is a function that takes a value of +1 or −1 depending on the sign of cos i.
[0063]
Using the equations (10) to (24), the intersection point K ′ on the
[0064]
As shown in FIG. 10- (e), a lens surface 73 is considered behind the
In this way, the intersection K′1 (X′k1, Y′k1, Z′k1) and the refracted light vector T′1 (T′x1, T′y1, T′z1) finally emitted from the lens are obtained. .
[0065]
Next, as shown in FIG. 10- (f), the coordinate system X′Y′Z ′ is returned to the original coordinate system XYZ. Assuming that the rotation matrix is [R], when only the lens inclination is returned to the original coordinate system, the following is obtained.
[0066]
[Xs Ys Zs] = [R] -1 [X'k1 Y'k1 Z'k1] (25)
[0067]
At this time, [R] -1 Is given as
[0068]
(Equation 9)
[0069]
If the translation component is restored, the intersection K1 becomes as follows.
[0070]
[Xk1 Yk1 Zk1] = [Xs + Ux Ys + Uy Zs + Uz] (27)
[0071]
The refracted light vector T1 can be returned to the original coordinate system as follows.
[0072]
[Tx1 Ty1 Tz1] = [R] -1 [T'x1 T'y1 T'z1] (28)
[0073]
Since the refracted light vector T1 is not affected by translation, only the rotation matrix acts.
[0074]
In this way, the refraction at the lens can be calculated. Even in the case where there are a plurality of lenses, the calculation can be performed by repeatedly executing the calculations of the equations (10) to (28).
[0075]
Next, the coordinates of the imaging position are obtained. The imaging position Pi [Xi, Yi, Zi] on the imaging surface 74 is
[0076]
(Equation 10)
[0077]
Then, the following simultaneous equations hold.
[0078]
Xi = Xk1 + nTx1 (29)
Yi = Yk1 + nTy1 (30)
Zi = Zk1 + nTz1 (31)
E 2 Xi + F 2 Yi + G 2 Zi + H 2 = 0 (32)
Where E 2 , F 2 , G 2 , H 2 Is a constant.
[0079]
The equations (29), (30), and (31) are substituted into the equation (32), and rearranged to obtain n.
The coordinates of the imaging position Pi [Xi, Yi, Zi] can be obtained by substituting the obtained n into the expressions (29) to (31). In this way, the coordinates on the image plane can be finally calculated. The image reading position is calculated based on the image forming magnification of the lens based on the coordinates on the image forming plane. Assuming that the imaging magnification of the lens is V, the image reading position [Xg, Yg, Zg] can be calculated as follows.
[0080]
Xg = Xi / V (33)
Yg = Yi / V (34)
Zg = Zi / V (35)
[0081]
In addition, since the propagation of light rays is reversible, ray tracing can be performed from the image forming surface side to calculate an image reading position. If only the principal ray is considered, this method can directly determine the image reading position.
[0082]
Next, as shown in FIG. 3, the reflecting
[0083]
FIG. 11 shows a series of the above-described series of measurements and calculations performed over the entire scanning range of the A3 document and plotting the change in the reading position in the main scanning and sub-scanning directions. The left table shows the inclination amount of the
[0084]
FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of a reading position evaluation device to which the image position correction device of this embodiment is applied. 3, the same reference numerals as those in FIG. 3 indicate the same components. Here, in order to measure the behavior of the
[0085]
On the other hand,
[0086]
In addition, the eigenmode of the traveling body alone can be measured or calculated, and the movement of the reflection mirrors 32 and 33 can be estimated from the behavior and the phase of the mounting portion of the reflection mirrors 32 and 33. In this case, it is possible to grasp the relative behavior of the reflection mirrors 32 and 33 by using the primary mode having the largest amplitude. The behavior of the eigenmode can be captured using finite element analysis or modal analysis.
[0087]
As the non-contact displacement meter, a displacement measuring device such as a laser length measuring device, a capacitance type, and an eddy current type can be used. In the case of the laser type, it is necessary to increase the reflectance of the reflection jig and the slide rail. When a capacitance type or eddy current type displacement meter is used, it is necessary to make the reflecting jig and the slide rail a conductive metal surface. Further, a small laser Doppler vibrometer can be used instead of the displacement meter. In this case, calculation is performed after integrating the measured speed fluctuation data and converting it into displacement. Further, the acceleration may be measured by an acceleration pickup. In this case, the acceleration pickup is directly fixed to the reflection mirror. When measuring the acceleration, it is necessary to convert it into a displacement by integrating the second order.
[0088]
Next, another image position correcting operation of the image position correcting apparatus of the present embodiment will be described. Another image position correcting method is the same as the above-described operation up to the ray tracing portion up to the reflection mirror. The calculation part of the refraction action by the imaging lens thereafter is different. In many cases, the refraction effect of the imaging lens performs refraction calculation for each lens by a ray tracing technique. In addition, since the lens itself is fixed to the housing, if the positioning is accurate, the tilt and translation are minute and do not change with time. If only the chief ray is considered in such a state, the refraction effect of the lens can be calculated by the following method.
[0089]
FIG. 13 is a diagram showing another image position correction. Here, for convenience of explanation, the description will be made with the optical path arranged in a straight line. As shown in FIG. 13A, the reflected light unit vector Q ′ ″ reflected from the point N on the
[0090]
[Equation 11]
[0091]
In consideration of the above, the coordinates of the emission point R on the
[0092]
FIG. 14 is a diagram for explaining another image position correction method. In the figure, the emission point on the
[0093]
E 1 X R + F 1 Y R + G 1 Z R + H 1 = 0 (36)
Where E 1 , F 1 , G 1 , H 1 Is a constant.
[0094]
Next, the coordinates of the emission point R are obtained. From point T (Xt, Yt, Zt)
[0095]
(Equation 12)
[0096]
The light emitted in the direction strikes an emission point R (XR, YR, ZR) on the document surface.
[0097]
(Equation 13)
[0098]
And
[0099]
[Equation 14]
[0100]
Then, the following equation is established.
[0101]
(Equation 15)
[0102]
Expressions (37), (38), and (39) are substituted into expression (40) and arranged.
(Equation 16)
[0103]
The coordinates of the point R are obtained by obtaining m from Expression (41) and substituting it into Expressions (37) to (39). By the same procedure, the imaging position (Xi, Yi, Zi) at which the two principal ray vectors (Rx, Ry, Rz) emitted from the emission point (XR, YR, ZR) are formed can be obtained.
[0104]
[Equation 17]
[0105]
Then
[0106]
X i = X R + NRx (42)
Y i = Y R + NRy (43)
Z i = Z R + NRz (44)
E 2 X i + F 2 Y i + G 2 Z i + H 2 = 0 (45)
Where E 2 , F 2 , G 2 , H 2 Is a constant.
[0107]
The formulas (42), (43), and (44) are substituted into the formula (45) and arranged.
[0108]
[0109]
The coordinates of the point Pi are obtained by obtaining n from Expression (46) and substituting it into Expressions (42) to (44).
[0110]
In this way, the coordinates on the image plane can be finally calculated. At this time, it is considered that the lens action is linear with respect to the image height of the imaging plane if only the principal ray is simply considered. The image reading position is calculated based on the image forming magnification of the lens based on the coordinates on the image forming plane.
[0111]
On the other hand, an ideal imaging position where the mirror is not tilted is calculated, and an image reading position in an ideal state is calculated from the imaging magnification of the lens based on the coordinates. By calculating the difference between this position and the image reading position when the mirror is tilted, the change in the reading position on the document surface is calculated.
[0112]
Next, FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of a specific device for activating a program for executing each embodiment of the image position correcting method of the present invention. That is, FIG. 7 shows hardware constructed from a microprocessor or the like that executes software according to the image position correction method in the above embodiment. In the figure, the image position correction system includes an interface (hereinafter abbreviated as I / F) 91, a
[0113]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications and substitutions can be made within the scope of the claims.
[0114]
【The invention's effect】
As described above, the image reading apparatus of the present invention includes an illumination unit having an optical system member that reflects and condenses light emitted from a light source that illuminates an arbitrary subject, and the illumination unit relatively to the subject. A first traveling body that scans and moves for scanning, an imaging device that one-dimensionally captures reflected light from the subject, a reflecting member that guides the reflected light from the subject to the imaging device, An image reading means having a second traveling body that moves in conjunction with the first traveling body, wherein the first traveling body scans and forms an image of the subject on the image sensor to form an image of the subject; and And a signal processing means for generating an image signal from a signal output from the image reading means. Further, the image reading apparatus of the present invention is characterized in that it has a plurality of displacement measuring means for measuring the scanning displacement of at least one reflecting member at at least two points. Therefore, the image fluctuation can be corrected, and the deviation of the reading position due to the inclination or vibration of the optical member can be corrected.
[0115]
Further, the image reading apparatus of the present invention has an arithmetic processing unit which stores data measured by the displacement measuring means and calculates the position and inclination of the reflecting member from the measured speed. The arithmetic processing unit calculates the reading position from the position and the inclination of the optical member at an arbitrary moment, and corrects the deviation of the reading position due to the inclination and vibration of the optical member. Therefore, in the manufacturing stage, the time for the initial adjustment of the optical member can be shortened, and the deterioration of the read image over time can be corrected in use.
[0116]
Further, the position and inclination of the reflecting member are obtained from the displacement measured by the arithmetic processing unit, and the refraction direction of the light beam for each imaging lens is calculated from the calculated reflection direction of the light beam and the propagation path of the light beam. A path is calculated to calculate an image forming position on the image sensor, a change in a reading position on the subject is calculated from the calculated image forming position, and a deviation of the reading position is corrected. Therefore, in the manufacturing stage, the time for the initial adjustment of the optical member can be shortened, and the deterioration of the read image over time can be corrected in use.
[0117]
Further, according to the image position correcting method in the image reading device as another invention, the scanning displacement of at least one traveling body is measured at at least two points, the measurement data is stored, and the optical system is calculated from the measured scanning displacement. Is calculated. Then, from the position and the inclination of the traveling body, the inclination of the reflecting member installed on the traveling body is calculated by calculation, and the reflection direction of the light beam and the propagation path of the light beam due to the inclination of the reflecting member that guides the reflected light from the subject to the image sensor. Is calculated. Further, the refraction direction of the light beam for each imaging lens is calculated from the calculated reflection direction of the light beam and the propagation path of the light beam, and the propagation path of the principal ray is calculated to calculate the image formation position on the image sensor. Then, the change of the reading position on the subject is calculated from the calculated image forming position, and the reading position is calculated by calculation from the position and inclination of the optical member at an arbitrary moment, and the reading position due to the inclination and vibration of the optical member is calculated. Correct the misalignment. Therefore, the image fluctuation can be corrected, the reading position shift due to the inclination or vibration of the optical member can be corrected, the time for the initial adjustment of the optical member can be reduced in the manufacturing stage, and the read image can be read with time in use. Can be corrected.
[0118]
Further, according to the image position correcting method in the image reading device as another invention, the scanning displacement of at least one reflecting member is measured at at least two points, the measured data is stored, and the reflection is measured from the measured displacement. Find the position and inclination of the member. Then, the light beam propagating in the opposite direction to the calculated light beam reflection direction is calculated, the starting point of the light beam on the subject not affected by the reflection member is obtained, and the propagation of the principal ray from the emission point is calculated. By calculating the path, an image formation position on the image sensor is calculated. Further, a change in the reading position on the subject is calculated from the calculated image forming position, and a deviation of the reading position due to the inclination or vibration of the optical member is corrected. Therefore, it is possible to shorten the time required for the initial adjustment of the optical member in the manufacturing stage, and to correct the deterioration of the read image with time during use.
[0119]
Another aspect of the present invention is characterized in a program for causing a computer to execute the image position correcting method in the image reading device. Therefore, an image position correction method capable of correcting image fluctuation and correcting a shift of a reading position due to inclination or vibration of an optical member can be generally applied to an image reading apparatus.
[0120]
Another aspect of the present invention is characterized in a computer-readable recording medium storing a program for executing the image position correcting method. Therefore, an image reading apparatus to which the image position correction method is applied can be universally constructed without changing an existing system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an image reading apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a configuration of the image reading apparatus of FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration example of a displacement measuring device provided in the image reading device of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an image position correction circuit to which an image position correction method according to another embodiment of the present invention is applied.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation of the image position correction device of the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a concept of coordinate conversion of a reflection mirror.
FIG. 7 is a diagram showing a state of an emitted light beam and reflection.
FIG. 8 is a diagram showing an emitted light beam and a state of reflection.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of calculation of the position and direction of the reflected light flux vector Q ″.
FIG. 10 is a diagram showing a procedure for calculating an imaging position by refraction of a lens.
FIG. 11 is a diagram illustrating a change in a reading position in a main scanning direction and a sub-scanning direction.
FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of a reading position evaluation device to which the image position correction device of the present embodiment is applied.
FIG. 13 is a diagram illustrating another image position correction.
FIG. 14 is a diagram illustrating another image position correction method.
FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of a specific device for activating a program for executing each embodiment of the image position correction method of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 41; image reading device, 11; document setting place, 12, 15;
13; one-dimensional imaging element; 14; lens; 16; image signal output port;
17; driving means, 18; contact glass, 19; original, 20; lamp,
21; imaging area; 31 to 33; reflection mirror; 34; reflection jig;
35, 37; non-contact displacement meter, 38; slide rail, 42; data bus,
43: image calculation unit, 44: displacement measurement device, 45; control unit,
46; arithmetic processing unit, 61; origin plane, 62; origin, 63 to 65; reflection surface,
66; imaging lens, 67; imaging surface, 71; reflection surface, 72; lens surface,
73; lens; 74; imaging surface; 81; original surface;
85; imaging plane; 86; imaging lens; 87; chief ray.
Claims (7)
少なくとも1つの前記反射部材の走査変位を、少なくとも2点で計測する複数の変位計測手段を有することを特徴とする画像読取装置。An illuminating means having an optical system member for reflecting and condensing light emitted from a light source for illuminating an arbitrary subject, and a first traveling body which scans and moves the illuminating means relative to the subject An imaging element for one-dimensionally capturing the reflected light from the subject; a reflecting member for guiding the reflected light from the subject to the imaging element; Image reading means for reading an image of the subject by scanning the first traveling body to form an image of the subject on the image pickup device; and A signal processing unit for generating an image signal from a signal output from the reading unit;
An image reading apparatus comprising: a plurality of displacement measuring means for measuring a scanning displacement of at least one of the reflection members at at least two points.
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