JP2006254132A - 画像読取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 応答性よくかつ振動を発生させることなく焦点位置の調整が可能であり、レンズごとにも焦点位置を調整可能な小型の画像読取り装置を得る。
【解決手段】 原稿１から反射された光が入射されるロッドレンズアレイ１５と、該レンズアレイ１５の出射側焦点位置に設置された画像読取り用センサ３０と、原稿面までの位置を検出するための反射型フォトセンサ３５と、レンズアレイ１５の入射側に設けた液体レンズ２０とを備えた画像読取り装置。液体レンズ２０は電界の作用によって焦点位置の変更が可能であり、反射型フォトセンサ３５による検出結果に基づいて液体レンズ２０の焦点を変更することにより、各ロッドレンズの焦点位置を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像読取り装置、特に、原稿面で反射された光をレンズを介して画像読取り用センサで受光するようにした密着型の画像読取り装置に関する。

近年、文書などを電子データ化したり、複写する際に画像を読み取る手段としてイメージスキャナと称する画像読取り装置が用いられている。

この種の画像読取り装置としては、文書の読み取りに専用化した密着型等倍光学系の装置と、ある程度の立体物（読取り面が湾曲した書物やしわのある書面など）の読取りも可能な縮小光学系の装置に大別される。

縮小光学系は適用範囲が広いものの、原稿面から読み取り素子までの光路を長く設定する必要があり、小型化が困難である。密着型等倍光学系は、小型化が可能であるが使用されるロッドレンズの焦点深度が浅く立体物の読込みには向いておらず、従来ではパソコン用のスキャナとして提供されたり、あるいはＡサイズのインクジェットプリンタに搭載されていた。

しかし、密着型画像読取り装置は、コンパクトさが利点であり、最近では、Ａ３サイズのレーザプリンタにも、中低速機ではあるが、搭載され始めている。その場合、多少湾曲した凹凸のある原稿であっても読取り可能であることが求められている。

そこで、特許文献１には、焦点位置を周期的に変動させ、合焦時のデータに置き換える、又は、補正する方法が開示されている。焦点位置の制御は、光電変換素子を上下動させる、もしくは、液体を封入した部材を伸縮させることにより実現する。

また、特許文献２には、テストチャートを読み取ったときの解像度を指標にして、焦点位置を制御する方法が開示されている。焦点位置の制御は、光電変換素子と原稿面との距離を変更することにより行われる。例えば、モータとカムを使用してレンズ又は光電変換素子を上下動させる。

しかしながら、特許文献１，２に記載されているように、レンズ又は光電変換素子を機械的に上下動させて焦点位置を制御する方法では、モータやギヤなどのアクチュエータ部品を必要とするために小型化が犠牲になり、また、可変速度が遅いという問題点を有している。また、振動の発生も大きく、読取り画像に影響を与える可能性もある。しかも、アレイ化されているロッドレンズごとに焦点位置を可変させることができず、立体物に対して焦点を合わせることは困難である。
特開平６−２９６２２４号公報 特開２００２−１７１３９１号公報

そこで、本発明の目的は、応答性よくかつ振動を発生させるこなく焦点位置の調整が可能であり、レンズごとにも焦点位置を調整可能な小型の画像読取り装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明に係る画像読取り装置は、原稿面で反射された光が入射されるレンズと、該レンズの出射側焦点位置に設置された画像読取り用センサと、原稿面までの位置を検出するための位置検出手段と、該位置検出手段による検出結果に基づいて、前記レンズの入射側焦点位置を調整するための液体レンズとを備えたことを特徴とする。

本発明に係る画像読取り装置においては、液体レンズによってレンズの入射側焦点位置を調整するため、調整の応答性が良好であり、機械式のアクチュエータのように振動を発生することもない。また、レンズごとにも焦点位置の調整が可能である。この種のレンズとしては、焦点深度の浅いロッドレンズが用いられるが、湾曲したり、浮き上がった原稿であっても高い解像度で読み取ることができる。

本発明に係る画像読取り装置にあっては、レンズ、画像読取り用センサ及び液体レンズは一次元状にアレイ化されていることが好ましい。よりコンパクトな密着型の画像読取り装置を構成することができる。

液体レンズは液体の厚みを変更することにより焦点を調整するものを用いることができ、特に、少なくとも２種類の液体の界面状態を電圧により変更させて焦点を調整するものが、焦点調整の精度、応答性に優れていることから好適に用いることができる。また、液体レンズは、主走査方向に複数個アレイ化されて配置されていてもよく、あるいは、主走査方向に一体的な板状体として設けられ、レンズごとに焦点を調整可能であってもよい。

位置検出手段は少なくとも一つの反射型フォトセンサにて構成することができ、液体レンズの個数以上の個数であってもよい。液体レンズが反射型フォトセンサの個数以上の個数であってもよい。

以下、本発明に係る画像読取り装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

図１に本発明に係る画像読取り装置の一実施例を示す。この画像読取り装置は、原稿照明用ランプ１１と、ロッドレンズアレイ１５と、液体レンズ２０と、画像読取り用センサ３０と、原稿面までの位置を検出するための反射型フォトセンサ３５とからなり、これらの部材は一つのユニット１０として構成されている。読取りユニット１０の直上には原稿台ガラス４０が設けられ、原稿１はこのガラス４０上に読み取るべき画像面を向けて載置される。

読取りユニット１０においては、原稿台ガラス４０上に載置された原稿１をランプ１１によって照明し、原稿面からの反射光を液体レンズ２０及びロッドレンズアレイ１５により画像読取り用センサ３０の受光面上へ等倍結像させる。

また、この種の画像読取り装置では、読取りユニット１０を固定して原稿１を移動させて画像を読み取る原稿フィード方式と、原稿１を固定して読取りユニット１０を移動させるユニット移動方式とがある。本実施例では読取りユニット１０が矢印Ａ方向に移動するユニット移動方式として説明する。

画像読取り用センサ３０は、１画素ずつの画像を受光するＣＣＤなどの光電変換素子を矢印Ａで示す移動方向（副走査方向）とは直交する方向（主走査方向）にアレイ状に並置したものである。

ロッドレンズアレイ１５は複数のロッドレンズ単体を主走査方向に配置したもので、前記読取り用センサ３０がロッドレンズ下端面に対向してその焦点位置に設置されている。

液体レンズ２０は、ロッドレンズアレイ１５の上端面に設置され、各ロッドレンズの上端面側の焦点位置を調整する。即ち、本実施例において、原稿１はその画像面が原稿台ガラス４０の表面から高さＨの範囲で撓んだりしわになったりして凹凸状に変形していることを想定し、このような場合でも以下に説明するようにロッドレンズの焦点位置を調整して解像度よく読み取ることを可能にしている。

詳しくは、液体レンズ２０は、図２に示すように、不導電性のオイル２１と導電性の水溶液２２とが撥水コーティングされた絶縁性のチューブ２３に上下部に設けたキャップ２４，２５にて封入され、両側に電極２６，２７が設置されている。オイル２１と水溶液２２は不混和性であって異なる屈折率を有している。それゆえ、２種類の液体の界面状態は表面張力により凸レンズの機能を果たす。図２（Ａ）は電界をかけない状態であり、このときの焦点位置を符号Ｆ１で示す。

そして、電極２６，２７の間に電界を発生させることにより撥水性コーティング全体に電場を形成し、撥水性を弱めることで表面張力状態を変化させる（図２（Ｂ）参照）。表面張力が変化すると、二つの液体間に生じる凹凸レンズの曲率半径が変化するため、液体レンズ２０の焦点距離が変化する。図２（Ｂ）は電極２６，２７に最大電圧を印加した状態を示し、このときの焦点位置を符号Ｆ２で示す。

このように、液体レンズ２０は少なくとも原稿１が変位する可能性があると想定した距離Ｈの範囲で、各ロッドレンズの焦点位置を調整可能である。なお、液体レンズ２０によって調整される焦点位置の差、即ち、焦点位置Ｆ１，Ｆ２間の距離Ｈは、約１０ｍｍであれば実用上問題がないと考えられる。

反射型フォトセンサ３５は、原稿面までの位置を検出するためのもので、ロッドレンズアレイ１５に対して読取り移動方向Ａ側に設置されている。この反射型フォトセンサ３５は原稿１からの反射光を検出し、これに基づいて原稿面までの距離が演算される。

図示しない制御装置は、反射型フォトセンサ３５からの信号に基づいて原稿面までの距離を演算し、該距離に比例した電圧を電極２６，２７間に印加することにより、液体レンズ２０の焦点位置を変更し、各ロッドレンズの焦点を原稿面に合致するように調整する。

本実施例においては、液体レンズ２０によってロッドレンズアレイ１５の焦点位置を個々のロッドレンズごとに原稿面の位置に応じて補正するため、原稿面の高さ変位にも拘わらず解像度よく画像を読み取ることができる。しかも、液体レンズ２０の応答性は良好であり、機械式のアクチュエータでレンズアレイ１５を上下動させる従来方式と比べて極めて応答性よく原稿面の変化に追随させることができ、振動の発生もない。

ところで、本実施例では一つの反射型フォトセンサ３５を設置した場合を示したが、複数個の反射型フォトセンサ３５を主走査方向に設置してもよい。複数の反射型フォトセンサ３５によって原稿面を主走査方向に複数の領域に分割して原稿面までの位置を検出し、該領域ごとに液体レンズ２０の焦点を補正することにより、主走査方向の原稿面の変位にも応じたより細かい焦点調整が可能となる。

焦点調整の副走査方向の分解能としては、１画素ごとに焦点調整を行おうとすると、例えば、読取り解像度６００ｄｐｉの場合、約４２μｍ単位で焦点調整を行う必要がある。この場合、スキャン速度を１００ｍｍ／ｓｅｃと想定すると、液体レンズ２０に求められる応答速度は約０．４２ｍｓｅｃとなる。実際に現在達成可能な液体レンズの応答速度は約１０ｍｓｅｃなので、この例では、約２０画素ごと（原稿では約１ｍｍごと）の焦点調整が可能となる。また、この例では、反射型フォトセンサ３５による距離読取り位置から画像読取り用センサ３０の読取り位置までの距離を１ｍｍ以上に設定すれば、原稿１をスキャンしながらリアルタイムで焦点調整が可能である。

液体レンズ２０に関しては、図３（Ａ）に示すように、主走査方向にわたって一つのチューブに２液を封入したライン状（板状）のもの、図３（Ｂ）に示すように、ロッドレンズに対応して一つ一つのチューブに２液を封入したもののいずれであってもよい。いずれの場合も電極２６，２７の設置個所ごとに焦点調整が可能である。

図３（Ａ）に示すライン状の液体レンズ２０はレンズ個数としては一つであり、この場合は反射型フォトセンサ３５も設置個数は一つの場合もあり、主走査方向に複数の場合もあり得る。

（他の実施例）
なお、本発明に係る画像読取り装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

例えば、画像読取り用センサはＣＣＤ以外の光電変換素子であってもよく、原稿面までの位置を検出するための手段は反射型フォトセンサに限定するものではない。また、液体レンズの具体的な構成は任意である。

本発明に係る画像読取り装置の一実施例を示す概略構成図である。 液体レンズの動作を説明する断面図であり、（Ａ）は電圧無印加時を示し、（Ｂ）は電圧印加時を示す。 液体レンズを示す斜視図であり、（Ａ）は２液が単一のチューブに封入されたものを示し、（Ｂ）は２液が個別のチューブに封入されたものを示す。

符号の説明

１…原稿
１０…読取りユニット
１１…ランプ
１５…レンズアレイ
２０…液体レンズ
３０…画像読取り用センサ
３５…反射型フォトセンサ
４０…原稿台ガラス

Claims (8)

1. 原稿面で反射された光が入射されるレンズと、
   前記レンズの出射側焦点位置に設置された画像読取り用センサと、
   前記原稿面までの位置を検出するための位置検出手段と、
   前記位置検出手段による検出結果に基づいて、前記レンズの入射側焦点位置を調整するための液体レンズと、
   を備えたことを特徴とする画像読取り装置。
2. 前記レンズ、画像読取り用センサ及び液体レンズは一次元状にアレイ化されていることを特徴とする請求項１に記載の画像読取り装置。
3. 前記位置検出手段は少なくとも一つの反射型フォトセンサからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像読取り装置。
4. 前記液体レンズは主走査方向に前記反射型フォトセンサの個数以上の個数が設置されていることを特徴とする請求項３に記載の画像読取り装置。
5. 前記反射型フォトセンサは主走査方向に前記液体レンズの個数以上の個数が設置されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の画像読取り装置。
6. 前記液体レンズは液体の厚みを変更することにより焦点を調整するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載の画像読取り装置。
7. 前記液体レンズは少なくとも２種類の液体の界面状態を電圧により変更させて焦点を調整するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項６に記載の画像読取り装置。
8. 前記液体レンズによって調整される焦点位置の差は約１０ｍｍ以下であること特徴とする請求項１ないし請求項７に記載の画像読取り装置。

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