JP2007336194A - 画像読取装置 - Google Patents

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太 杉浦
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Abstract

【課題】光学系等を移動させることなくピントを合わせる画像読取装置を提供する。
【解決手段】光学変換素子207は、光軸方向のA〜Cの3つの位置に配置された3本のラインセンサを備えている。また、ラインセンサは副走査方向に1画素分ずれて配置されている。位置Aに配置されたラインセンサは原稿台ガラス201に接する原稿面にピントが合う。原稿面が位置bにある場合には位置Bにあるラインセンサにて、また、原稿面が位置cにある場合には位置Cにあるラインセンサにて読み取れば、ピントを合わせることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、画像読取装置に関し、特に、原稿台ガラスから離れた原稿を読み取る際に焦点を合わせる技術に関する。
複写機やファクシミリ等に搭載されるスキャナーは、原稿台ガラス上に載置された原稿に照明光を照射し、その反射光を縮小光学系にて光電変換素子上に投影して、画像データを生成する。この場合において、光電変換素子上に投影される原稿像のピントを合わせるために原稿、縮小光学系及び光電変換素子は正しい位置関係になければならない。
しかしながら、原稿の種類やスキャナーの使用状況によっては、原稿を適正な位置に置くことができず、ピントがずれてしまうことがある。例えば、書籍を読み取る場合にはどうしてものどの部分が原稿台ガラスから離れてしまうため、縮小光学系や光電変換素子との位置関係が適切でなくなってしまう。
図11は、従来技術に係る画像読取装置の構成を例示する図である。図11に示されるように、従来技術に係る画像読取装置11においては、原稿台ガラス面1101に原稿1111が接する状態でピントが合うように、ミラー1102〜1104や結像レンズ1105、光電変換素子1106が配置される。このような構成においてピントが合うためには、結像レンズの被写界深度によるが、原稿台ガラス面から高さ方向(光軸方向)に数mm以内に原稿面がなければならない。
したがって、原稿面1111がこの数mmの範囲外に出るとピントが合わなくなる。また、図12に示されるように原稿面1211に凹凸があり、原稿台ガラス面1101からの距離が一定しない場合には、1枚の原稿中でピントが合う箇所があったり、会わない箇所があったりして、やはり画質が劣化する。
このような問題に対して、例えば、原稿台に載置された原稿を上面から光学的に走査する装置において、CCDラインセンサと原稿面との距離に応じて対物レンズをその光軸方向に移動させる技術が開示されている(特許文献1)。
また、目的は異なるものの、CCDラインセンサを原稿による反射光の入射方向と直交する方向に摺動させる技術(特許文献2)や、傾斜させる技術(特許文献3)も開示されている。
このようにすれば、原稿の変移に合わせて光学系の位置を調整するので、ピントを合わせることができる。
特開平10−136170号公報 特開平9−116795号公報 特開2005−39372号公報
しかしながら、光学系等を移動させてピントを合わせるには、原稿を測位する計測装置や、光学系を移動させる駆動装置が必要となって、スキャナーが複雑になり、大型化する。その結果、コストが上昇したり、故障率し易くなったりするという問題も生じる。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、光学系等を移動させることなくピントを合わせることができる画像読取装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る画像読取装置は、原稿台ガラス上に載置された原稿を露光し、その反射光によって画像データを読み取る画像読取装置であって、複数のラインセンサと、複数のラインセンサの出力から画像データを生成する生成手段と、を備え、複数のラインセンサは原稿台ガラスからラインセンサに至る反射光の光路長が相異なる位置に配置されており、生成手段は画素毎に最もピントが合っているラインセンサの出力を選択して画像データを生成することを特徴とする。
このようにすれば、複数のラインセンサが原稿についてピントが相異なる位置に配置されているので、原稿が原稿台ガラスから離間しても、その離間距離に応じて何れかのラインセンサでピントを合わせることができる。したがって、装置の大型化や故障率の上昇を招くことなく、優れた画質を実現することができる。
また、原稿台ガラス上に載置された原稿を露光し、その反射光によってカラー画像データを読み取る画像読取装置であって、原色毎の複数のラインセンサと、原色毎に複数のラインセンサの出力から画像データを生成する生成手段と、を備え、原色毎の複数のラインセンサは原稿台ガラスからラインセンサに至る反射光の光路長が相異なる位置に配置されており、生成手段は画素毎に最もピントが合っているラインセンサの出力を選択して画像データを生成しても良い。このようにすれば、カラー原稿を読み取る際にも同様の効果を得ることができる。
この場合において、複数のラインセンサを原稿からの反射光の入射方向について相異なる位置に配置すれば、複数のラインセンサを相異なるピント位置に配置することができる。
本発明に係る画像読取装置は、原稿からの反射光の入射方向について相異なる位置に配置されている複数のラインセンサは1つの集積回路パッケージ内に封入されており、当該集積回路パッケージは前記入射方向に斜交するように配置されていることを特徴とする。このようにすれば、画像読取装置を小型化することができると共に色ずれ等を精度良く解消することができる。
本発明に係る画像読取装置は、生成手段は、画素毎に最も多くの光量を検出したラインセンサの出力を選択することを特徴とする。このようにすれば、ピントが合っているラインセンサほど受光量が多くなり、ピントが合っていないラインセンサは受光漏れが生じるので、ピントが合っているラインセンサを選択することができる。
本発明に係る画像読取装置は、原稿位置を計測する計測手段を備え、生成手段は、計測された原稿位置に応じてラインセンサの出力を選択することを特徴とする。このようにすれば、原稿位置に応じてより適切なラインセンサの出力を選択することができる。従って、より精度良くピントを合わせることができる。
以上説明したように、本発明によれば、複数のラインセンサを相異なるピント位置に配置して、最もピントが合ったラインセンサの出力を選択して画像データを生成する。従って、原稿面と原稿台ガラスと距離が変動しても全体としてピントの合った画像データを生成することができる。よって、書籍ののどの部分や立体物であっても、ピントの合った画像データを生成することができる。
また、ピントを合わせるに当たって機械的な駆動を要しないので、画像読取装置の損耗が小さく長寿命化を図ることができる。
以下、本発明に係る画像読取装置の実施の形態について、デジタル複写機を例にとり、図面を参照しながら説明する。
[1] 第1の実施の形態
本発明の第1の実施の形態に係るデジタル複写機について説明する。
(1) デジタル複写機の構成
先ず、本実施の形態に係るデジタル複写機の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係るデジタル複写機の主要な構成を示す図である。
図1に示されるように、デジタル複写機1は、画像読取部101、画像処理部102、画像形成部103および操作部(図示省略)を備えている。画像読取部101は第1スライダー部101a、第2スライダー部101bおよび光電変換部101cを備え、原稿画像を読み取って画像データを生成する。
第1スライダー部101aは露光ランプにて原稿を照明する。第2スライダー部101bは、原稿からの反射光を光電変換部101cに導く。光電変換部101cは当該反射光を結像し、光電変換することによって画像データを生成する。
画像処理部102は、画像読取部101にて生成された画像処理を施す。画像形成部103は、画像処理部102にて処理された画像データに基づいて記録紙に画像を印刷する。操作部はユーザへの情報の表示やユーザからの入力の受け付けを行なう。
(2) 画像読取部101の構成
次に、画像読取部101の構成について更に詳しく説明する。図2は、画像読取部101の主要な構成を示す図である。
図2に示されるように、画像読取部101は原稿台ガラス201、露光ランプ202、ミラー202〜205、結像レンズ206及び光電変換素子207を備えている。原稿210は原稿台ガラス201上に載置される。露光ランプ202とミラー203とは第1スライダー部101aを構成する。
ミラー204、205は第2スライダー部101bを構成する。また、結像レンズ206と光電変換素子207とは光電変換部101cを構成する。光電変換素子207にはCCDラインセンサやCMOSラインセンサを用いれば良い。
露光ランプ202が放射した光の原稿210による反射光は、ミラー202〜205にて順次反射され、光電変換部101cに導かれる。そして、結像レンズ206にて光電変換素子207上に結像される。光電変換素子207は入射光を電気信号に光電変換して画像データを生成する。
なお、原稿を読み取り走査するに際しては、第1スライダー部101aを副走査方向に速度Vで原稿台ガラス201に沿って移動する一方、第2スライダー部101bは第1スライダー部101aとは反対方向に速度V/2にて移動する。このようにすれば、読み取り走査中、常に原稿210から結像レンズ206までの距離を一定に保つことができる。
(3) 光電変換素子207の構成
次に、光電変換素子207の構成について説明する。図3は、光電変換素子207の主要な構成を示す図である。図3に示されるように、光学変換素子207は、3つの原色(R、G及びB)のそれぞれについて3本ずつラインセンサを備えている。そして、原色毎の3本のラインセンサは互いに副走査方向に1画素分ずれて配置されている。また、光軸方向にも互いにずれて配置されている。
すなわち、光軸方向のA〜Cの3つの位置に各原色のラインセンサが配置されている。このため、原稿台ガラス201の上面からラインセンサまでの距離がラインセンサの位置に応じて3通りとなっている。この場合において位置Aに配置されたラインセンサ(以下、「ラインセンサA」という。)が原稿台ガラス201に接する原稿面にピントが合うように光学系が構成されている。
このようにすれば、原稿310の原稿面に凹凸があっても、例えば、位置aについては原稿台ガラス201に接するので、ラインセンサAにて読み取ればピントを合わせることができる。
また、位置bについては光軸方向の位置Bにあるラインセンサ(以下、「ラインセンサB」という)にて読み取り、位置cについては光軸方向の位置Cにあるラインセンサ(以下、「ラインセンサC」という)にて読み取れば、それぞれピントを合わせることができる。
例えば、CCDラインセンサを用いてA3サイズの原稿をカラーで読み取る場合には、解像度600dpi、主走査方向7500画素、画素サイズ9.25μm、結像レンズ206の倍率を1/4.54倍とすれば、ピントが合う範囲は原稿台ガラス201からの距離が5mm以下の範囲内となる。この範囲をCCD面上の光軸方向に換算すると1.10(=5/4.54)mmとなる。
したがって、この場合には原色毎の3本のCCDラインセンサを互いに光軸方向に1.10mmずらして配置すれば、より広い範囲でピントを合わせることができる。すなわち、原稿台ガラス201からの距離が15mm以下ならばピントを合わせることができる。
(4) 画像処理部102の処理
次に、画像処理部102の処理について説明する。
上述のように、画像読取部101は互いに光軸方向に異なる位置に配置された3組のラインセンサによって3組の画像データを出力する。画像処理部102は3組の画像データからピントの合った画像データを選択して、1組の画像データを生成する。このため、画像処理部102は画像データの選択は画像の明るさを参照し、最も明るい画像データをピントの合った画像データと判定する。
図4は、原稿台ガラスから原稿までの距離と、3組のラインセンサの出力電圧との関係を示すグラフである。図4において、横軸は副走査方向における位置を表わし、縦軸は(1)が原稿台ガラスから原稿までの距離を、(2)はラインセンサの出力を表わす。
図4に示されるように、原稿401から原稿台ガラスまでの距離がR1の範囲内にあるときは、ラインセンサAの出力がラインセンサB、Cの出力よりも大きくなる。また、原稿401から原稿台ガラスまでの距離が、R2の範囲内ならばラインセンサBの出力が大きくなり、R3の範囲内ならばラインセンサCの出力が大きくなる。
ピントが合うラインセンサの受光量がもっとも大きくなるからである。図5は、原稿面の位置と焦点位置との関係を示す図である。図5に示されるように、原稿面が原稿台ガラス201に近い位置aにある場合、原稿面による反射光はレンズ501によってラインセンサA上に焦点を結ぶ。このため、ラインセンサAにおいて最も受光量が多くなり、ラインセンサB、ラインセンサCの順に受光量が少なくなる。
また、原稿面が位置bにある場合にはラインセンサB上に焦点を結ぶため、ラインセンサA、CよりもラインセンサBの方において受光量が多くなる。同様に、原稿面が位置cにある場合には、ラインセンサA、B、Cの順に受光量が多くなる。
したがって、最も受光量の大小、すなわち、ラインセンサの出力値の大小を参照することによって、もっともピントが合ったラインセンサを選択することができる。画像処理部102はすべての画素について何れかのラインセンサの出力を選択して、もっともピントが合った画像データを生成する。
図6は、ラインセンサA、B、Cの出力を選択する選択回路の構成を示す回路図である。図6に示されるように、選択回路6は、入力端子A、B、Cと出力端子とを備える3入力1出力の回路であって、コンパレータ601、604及び2入力1出力のスイッチ602、604を備えている。
選択回路6の入力端子AにラインセンサAの出力が入力され、入力端子BにラインセンサBの出力が入力される。また、入力端子CにラインセンサCの出力が入力される。
さて、ラインセンサA、Bの出力はそれぞれ入力端子A、Bを経由して、コンパレータ601とスイッチ602とに入力される。コンパレータ601はラインセンサA、Bの出力のうち値が大きい方がスイッチ602から出力されるように、スイッチ602に接続されている。
コンパレータ603とスイッチ604とには、ラインセンサA、Bの値が大きい方の出力とラインセンサCの出力とが入力される。コンパレータ603はラインセンサA、B、Cの出力のうち値が大きい方がスイッチ602から出力されるように、スイッチ604に接続されている。
このようにすれば、ラインセンサA、B、Cの出力のうち最も値が大きい出力が選択され、出力端子から出力される。従って、上述のように、最もピントが合ったラインセンサの出力が選択されるので、優れた画質の画像データを得ることができる。
(5) まとめ
以上説明したように、本実施の形態においては、光学系等を移動させることによってピントを合わせる代わりに、ピントが相異なる複数の位置にそれぞれラインセンサを配置するので、原稿面が原稿台ガラスから離間してもピントを合わせることができる。また、原稿面の位置を計測する測定装置や光学系等を移動させる駆動装置が不要となるので、小型かつ低コストでピントを合わせることができる。
[2] 第2の実施の形態
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタル複写機は上記第1の実施の形態に係るデジタル複写機と概ね同様の構成を備える一方、光電変換部の構成において相違している。以下、専ら相違点に着目して説明する。
図7は、本実施の形態に係るデジタル複写機の特徴的な構成を示す図である。図7に示されるように、本実施の形態に係るデジタル複写機7は、光軸701に直交する方向に3原色のそれぞれに対応する3つのラインセンサを隣り合わせて配置したカラーラインセンサを3組備えている。そして、3組のラインセンサは光軸方向に相異なる位置に配置されている。
このようにすれば、上記第1の実施の形態による効果に加えて、光電変換部の構造をより単純にして、コストと故障率とを共に低減することができる。
[3] 第3の実施の形態
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタル複写機は上記第1の実施の形態に係るデジタル複写機と概ね同様の構成を備える一方、光電変換部の構成において相違している。以下、専ら相違点に着目して説明する。
図8は、本実施の形態に係るデジタル複写機の特徴的な構成を示す図である。図8に示されるように、本実施の形態に係るデジタル複写機8は、3原色のそれぞれに対応する3つのラインセンサを隣り合わせて配置したカラーラインセンサを3組備えている。3組のカラーラインセンサは互いに各原色に対応するラインセンサの配置を異にしている。
また、各カラーラインセンサは光軸801に斜交するように配置されており、ひとつのカラーラインセンサにおけるラインセンサどうしは光軸801方向に所定距離だけずらされている。
このようにすれば、同色のラインセンサどうしが光軸801方向に相異なる位置に配置されているので、上記第1の実施の形態と同様の効果を奏する。
[4] 第4の実施の形態
次に本発明の第4の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るデジタル複写機は上記第1の実施の形態に係るデジタル複写機と概ね同様の構成を備える一方、光電変換部の構成において相違している。以下、専ら相違点に着目して説明する。
図9は、本実施の形態に係るデジタル複写機の特徴的な構成を示す図である。図9に示されるように、本実施の形態に係るデジタル複写機9は、3原色のそれぞれに対応する3つのラインセンサを隣り合わせて配置したカラーラインセンサ3組を1枚の基板上に実装した構成を備えている。カラーラインセンサを実装した基板は光軸901に斜交するように配置されている。
これによって、カラーラインセンサ間で同色のラインセンサどうしが光軸901方向に所定距離だけずらされている。このようにしても、上記第1の実施の形態と同様の効果を奏する。また、より単純な構造を備えているので、コストと故障率の点においても優れている。
[5] 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
(1) 上記第4の実施の形態においては、専ら3組のカラーラインセンサを実装した基板を光軸に斜交するように配置する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。図10は、本変形例に係るデジタル複写機の特徴的な構成を示す図である。
図10に示されるように、本変形例に係るデジタル複写機10においては、3組のカラーラインセンサを格納するパッケージ自体が光軸1001に斜交する。このようにすれば、上記第4の実施の形態と同様に3組のカラーラインセンサを光軸1001に斜交させることができるので、同様の効果を得ることができる。
3組のカラーラインセンサをそれぞれ別個のパッケージに格納すると、通常、パッケージ自体の幅が10mm程度あるので、全体として30mm以上もの幅となる。このため、画像読取部が大きくなってしまい、装置の小型化の要請に反する。
また、各ラインセンサの出力データは読取位置が厳密に一致し続ける訳ではないので、画像処理によってライン間補正される。このため、カラーラインセンサ間の距離が大きくなると、ライン間補正のための補正量を正確に決定することが困難になる。したがって、ライン間補正の不良に起因する色ずれが発生し易くなる。
一方、本発明のように、すべてのラインセンサをひとつのパッケージに格納すれば、前述のように、1つのパッケージの幅は10mm程度であるので、装置の小型化を図ることができる。また、ラインセンサ間の距離を半導体プロセスにて精度良く位置決めすることができるので色ずれを抑えることができる。
(2) 上記実施の形態においては特に言及しなかったが、ラインセンサを光軸方向にずらして配置する場合、光軸方向に位置が異なるラインセンサ間で色ずれや倍率差等が発生し得る。このような問題も、ラインセンサ間の位置の違いに応じた補正量を予め定めておけば、画像処理によって解消することができる。
(3) 上記実施の形態においては、専ら3組のカラーラインセンサを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
すなわち、カラーラインセンサの数は2組以上であれば良く、3組には限定されない。また、カラーラインセンサに代えてモノクロラインセンサを用いても良く、この場合においても2つ以上のモノクロラインセンサを光軸方向にずらして配置すれば、本発明の効果を得ることができる。
(4) 上記実施の形態においては、専らデジタル複写機を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、デジタル複写機に代えてファクシミリ送信機、スキャナー、ネットワークスキャナー等に本発明を適用しても良い。
(5) 上記実施の形態においては、3つのラインセンサの出力値を比較して、何れかのラインセンサの出力を選択したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
すなわち、原稿と原稿台ガラスとの間の距離を計測する測定手段を備え、その計測結果に応じて何れかのラインセンサの出力を選択するとしても良い。このようにしても、ピントを合わせることができる。
また、測定手段は機械的に駆動させる部品を要しないので、光学系等を移動させてピントを合わせる場合と比較して故障率を下げることができ、画像読取装置の寿命を長くすることができる。
本発明に係る画像読取装置は、原稿台ガラスに載置された原稿に精度良くピントを合わせて優れた画質の画像データを読み取る技術として有用である。
本発明の第1の実施の形態に係るデジタル複写機の構成を示す図である。 本発明の第1の実施の形態に係るデジタル複写機が備える画像読取部の主要な構成を示す図である。 本発明の第1の実施の形態に係るデジタル複写機が備える光電変換素子の主要な構成を示す図である。 原稿台ガラスから原稿までの距離と、3組のラインセンサの出力電圧との関係を示すグラフであって、(1)は、原稿台ガラス上の位置毎に原稿までの距離を示し、(2)は、原稿台ガラス上の位置毎に3組のラインセンサそれぞれの出力電圧を示す。 原稿台ガラスから原稿までの距離と、ピント位置との関係を示す図である。 図6は、本発明の第1の実施の形態に係るラインセンサA、B、Cの出力を選択する選択回路の構成を示す回路図である。 本発明の第2の実施の形態に係るデジタル複写機の特徴的な構成を示す図である。 本発明の第3の実施の形態に係るデジタル複写機の特徴的な構成を示す図である。 本発明の第4の実施の形態に係るデジタル複写機の特徴的な構成を示す図である。 本発明の変形例(1)に係るデジタル複写機の特徴的な構成を示す図である。 従来技術に係る画像読取装置の構成を例示する図である。 従来技術に係る画像読取装置に、原稿面に凹凸がある原稿が載置された状態を示す図である。
符号の説明
1、7、8、9、10……………………デジタル複写機
10…………………………………………画像読取装置
101………………………………………画像読取部
102………………………………………画像処理部
103………………………………………画像形成部
101a……………………………………第1スライダー部
101b……………………………………第2スライダー部
101c……………………………………光電変換部
201………………………………………原稿台ガラス
202………………………………………露光ランプ
202〜205、1102〜1104…ミラー
206、1105…………………………結像レンズ
207、1106…………………………光電変換素子
210、310、401、1111……原稿
501………………………………………レンズ
701、801、901、1001………光軸
1101……………………………………原稿台ガラス面
1211……………………………………原稿面

Claims (6)

  1. 原稿台ガラス上に載置された原稿を露光し、その反射光によって画像データを読み取る画像読取装置であって、
    複数のラインセンサと、
    複数のラインセンサの出力から画像データを生成する生成手段と、を備え、
    複数のラインセンサは原稿台ガラスからラインセンサに至る反射光の光路長が相異なる位置に配置されており、
    生成手段は画素毎に最もピントが合っているラインセンサの出力を選択して画像データを生成する
    ことを特徴とする画像読取装置。
  2. 原稿台ガラス上に載置された原稿を露光し、その反射光によってカラー画像データを読み取る画像読取装置であって、
    原色毎の複数のラインセンサと、
    原色毎に複数のラインセンサの出力から画像データを生成する生成手段と、を備え、
    原色毎の複数のラインセンサは原稿台ガラスからラインセンサに至る反射光の光路長が相異なる位置に配置されており、
    生成手段は画素毎に最もピントが合っているラインセンサの出力を選択して画像データを生成する
    ことを特徴とする画像読取装置。
  3. 複数のラインセンサは原稿からの反射光の入射方向について相異なる位置に配置されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
  4. 原稿からの反射光の入射方向について相異なる位置に配置されている複数のラインセンサは1つの集積回路パッケージ内に封入されており、
    当該集積回路パッケージは前記入射方向に斜交するように配置されている
    ことを特徴とする請求項3に記載の画像読取装置。
  5. 生成手段は、画素毎に最も多くの光量を検出したラインセンサの出力を選択する
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
  6. 原稿位置を計測する計測手段を備え、
    生成手段は、計測された原稿位置に応じてラインセンサの出力を選択する
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
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