JP2008054201A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 結像光学系の結像性能を簡易な機構で良好に補正することができる画像読取装置を得ること。
【解決手段】 原稿面上の画像情報を照明する照明手段と、原稿面からの光束を順次反射させる複数の反射ミラーと、複数の反射ミラーで反射した光束を集光する結像光学系と、結像光学系によって該画像情報の像が形成される位置に配置した読取手段とを有し、読取手段は主走査方向に複数の画素を配列したラインセンサーを複数個、副走査方向に配置して構成されており、原稿面と読取手段との副走査方向の相対的位置を変えて、画像情報を該読取手段で読み取る画像読取装置において、複数の反射ミラーのうち、少なくとも１つの反射ミラーには、その反射面の主走査方向及び副走査方向の形状を変化させる反射ミラー湾曲手段が設けられていること。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像読取装置に関し、複数のラインセンサーを有し、高解像力で小型の結像光学系を用いたイメージスキャナー等のカラー画像を読み取る際に好適なものである。

従来、原稿面上の画像情報を読み取る画像読取装置（イメージスキャナー）として、フラットベッド型のイメージスキャナーが用いられている。このうち装置の構造の簡素化を図るための一方式として反射ミラー、結像光学系、ラインセンサー等を一体化して原稿面を走査するキャリッジ一体型走査方式が採用されている。

図７は従来のキャリッジ一体型走査方式の画像読取装置の要部概略図である。

同図において、照明光源８１から放射された光束は原稿台８２に載置した原稿８７を照明している。そして該原稿８７からの反射光束を順に第１、第２、第３反射ミラー８３ａ、８３ｂ、８３ｃを介してキャリッジ８６内部でその光路を折り曲げ、結像レンズ（結像光学系）８４によりラインセンサー８５面上に結像させている。そしてキャリッジ８６を副走査モーター８８により同図に示す矢印Ａ方向（副走査方向）に移動させることにより原稿８７の画像情報を読み取っている。同図におけるラインセンサー８５は複数の受光素子を１次元方向（主走査方向）に配列した構成により成っている。

図８は図７の画像読み取り光学系の基本構成の説明図である。

同図において、８４は結像光学系、８５Ｒ，８５Ｇ，８５Ｂは各々Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色を読み取るラインセンサーである。８７Ｒ，８７Ｇ，８７Ｂはラインセンサー８５Ｒ，８５Ｇ，８５Ｂに対応する原稿面上の読み取り範囲である。

図７に示す画像読取装置では静止している原稿面をキャリッジ８６が走査している。一方、キャリッジ走査は図８のようにラインセンサー８５及び結像レンズ８４が静止していて、原稿面が移動することと等価である。原稿面を走査することによってある時間間隔をおいて同一箇所を異なる色で読み取ることができる。

図８に示す構成において結像レンズ８４が通常の屈折系からなる場合には軸上色収差や倍率色収差が発生する。このため基準のラインセンサー８５Ｇに対しラインセンサー８５Ｂ，８５Ｒに結像されるライン像にデフォーカスあるいは位置ズレが発生する。したがって各色画像を重ね合わせて再現した時に色にじみやズレの目立つ画像になる。このため開口が大きく、解像度が高い光学性能が要求される場合には対応できなくなる。

一方、最近は非共軸光学系においても、基準軸という概念を導入し構成面を非対称非球面にすることで、収差が補正された小型の光学系が構築されている。

こうした非共軸光学系はオフアキシャル光学系（像中心と瞳中心を通る光線に沿った基準軸を設定し、構成面の基準軸との交点における面法線が基準軸上にない曲面を含む光学系として定義される光学系で、基準軸は折れ曲がった形状となる）と呼ばれる。

このオフアキシャル光学系は、構成面が一般には非共軸となり、反射面でもケラレが生じることがないため、反射面を使った光学系が構築し易い。

一般に反射光学系は色収差が発生しないため上述の軸上色収差や倍率色収差といった問題が発生しない。このような非対称非球面を導入した画像読み取り結像光学系が種々と提案されている（特許文献１参照）。

一方、オフアキシャル光学系では構成面の製造誤差や位置誤差があると、主走査方向（主走査断面）の像面のピント位置ずれや副走査方向（副走査断面）の像面のピント位置ずれで歪曲収差が発生し、焦点深度の減少や倍率ずれが生じる。これらは読み取りラインの湾曲という問題点となる。

またオフアキシャル構成面をガラスやプラスチックの成形品で構成する場合には、各オフアキシャル構成面の製造誤差による性能劣化を防ぐため、面の精度や面同士の間隔の公差を非常に厳しいものとしなければならない。

この対策として、面を偏心させて調整する方法を用いた画像読取装置が種々と提案されている（特許文献２，３参照）。

特許文献２ではオフアキシャル反射面をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３方向へ平行偏心、またはＸ、Ｙ、Ｚ軸を回転中心とし、３軸方向に偏心させてピント位置ずれや歪曲収差を補正する方法が開示されている。

特許文献３では自由曲面からなる反射面を主走査方向と平行な軸を中心として回転調整してピント位置ずれを補正する方法、または主走査方向と直交する方向に平行偏心させてピント位置ずれを補正する方法が開示されている。
特開２００２−３３５３７５号公報 特開２００３-３４４９５６号公報 特開２００５-８４６２４号公報

ＲＧＢ色用の３つのラインセンサーで構成される３ラインセンサーのように副走査方向に複数のラインセンサーを有する読取手段を用いる場合には製造誤差に対して上記のような調整を行っても、別の問題点が発生する。

例えば製造誤差で歪曲収差が発生し、これを面偏心により小さくなるように調整した後に図８に示した３つのラインセンサーで構成される３ラインセンサーで読み取ったとする。そうすると、３つのラインセンサー位置における歪曲収差の発生量が各々異なる。このため、ＲＧＢ色のラインセンサーによる読み取り結果を合成したときに歪曲収差の発生量の差が色ずれとして認識される。

この色ずれは特許文献２において複数の面（オフアキシャル反射面）で調整を行うという方法をとれば対応が可能である。しかしながら複数のパワーを有した面を動かす場合は調整の機構とその調整シーケンスが複雑化してくる。また調整面を減らして機構を単純化すると、主走査方向及び副走査方向のピント位置ずれと、歪曲収差と、該歪曲収差の結果発生する色ずれと、の補正が不十分なものとなってくる。

本発明は結像光学系の結像性能を簡易な機構で良好に調整することができる画像読取装置の提供を目的とする。

請求項１の発明の画像読取装置は、
原稿面上の画像情報を照明する照明手段と、該原稿面からの光束を順次反射させる複数の反射ミラーと、該複数の反射ミラーで反射した光束を結像させる結像光学系と、該結像光学系によって該画像情報の像が形成される位置に配置した読取手段と、を有し、
該読取手段は主走査方向に複数の画素を配列したラインセンサーを複数個、副走査方向に配置して構成されており、
該原稿面と該読取手段との副走査方向の相対的位置を変えて、該画像情報を該読取手段で読み取る画像読取装置において、
該複数の反射ミラーのうち、少なくとも１つの反射ミラーには、その反射面の主走査方向及び副走査方向の形状を変化させる反射ミラー湾曲手段が設けられていることを特徴としている。

請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記結像光学系は、副走査断面内のみを対称面とする面対称形状の複数のオフアキシャル反射面を有していることを特徴としている。

請求項３の発明は請求項２の発明において、
前記オフアキシャル反射面のうち少なくとも１つは、変移可能な調整部材を介して保持部材に保持されていることを特徴としている。

請求項４の発明は請求項１、２又は３の発明において、
前記反射ミラー湾曲手段は、前記反射ミラーの主走査断面内と副走査断面内の面形状の最大変形量を各々Ｍ、Ｓとするとき、
Ｓ＜Ｍ／３０
なる条件を満足するように変形させていることを特徴としている。

本発明によれば結像光学系の結像性能を簡易な機構で良好に調整することができ、これにより色ずれの少ない画像が容易に得られる画像読取装置を達成することができる。また部品の製造誤差をより緩和することができる画像読取装置を達成することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１の画像読取装置の要部断面図である。

図１において、１は照明手段（光源手段）であり、蛍光灯やキセノンランプから成っている。２は原稿台であり、その台上に原稿（モノクロ画像もしくはカラー画像）７が載置されている。３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ順に平面より成る第１、第２、第３の反射ミラー（平面ミラー）である。

本実施例では複数の反射ミラー３ａ，３ｂ，３ｃのうち、第１の反射ミラー３ａには、その反射面の主走査方向及び副走査方向の形状を変化させる反射ミラー湾曲手段８が設けられている。

４は結像光学系（オフアキシャル光学系）であり、副走査断面内のみを対称面とする面対称形状のオフアキシャル反射面より成る第１、第２、第３、第４のオフアキシャル光学素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄより構成されている。

結像光学系４は原稿７の画像情報に基づく光束を読取手段５上に結像させている。また本実施例においては複数のオフアキシャル光学素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのうち、第３のオフアキシャル光学素子４ｃの反射面Ｓａは、後述する図４に示すように変移可能な調整部材９を介して保持部材（鏡筒）１０に保持されている。

５は読取手段であり、主走査方向に複数の画素を配列したラインセンサーを複数個、副走査方向に配置してなる３ラインセンサーより構成されている。

６は副走査方向に移動可能なキャリッジ（筐体）であり、各部材１，３ａ，３ｂ，３ｃ，４，５，８を収納している。

ここでラインセンサーの画素（センサー）の並び方向（紙面と垂直方向）が主走査方向、それに直交する方向（紙面内方向）が副走査方向である。

本実施例においては照明手段１から発した光束で原稿台２の上に載置された原稿（物体）７を照明し、該原稿７からの光束を第１、第２、第３の反射ミラー３ａ，３ｂ，３ｃを介して結像光学系４により、読取手段５上に結像している。そして原稿７とキャリッジ６との相対的位置を副走査方向（矢印Ａ方向）に変えて原稿７の画像情報を２次元的に読み取っている。

本実施例では画像読取装置をコンパクトに構成するために第１、第２、第３の反射ミラー３ａ、３ｂ、３ｃにより光路を折り畳んでいる。結像光学系４の光路も折り畳んで小型化に寄与している。オフアキシャル光学系より成る結像光学系４を用いることにより小型化への対応を可能とし、如いては高速読み取りを可能としている。

次にオフアキシャル反射面を有する結像光学系の製造誤差や位置誤差により劣化した結像性能を調整する方法について説明する。

図２は本実施例の結像光学系４とラインセンサー５との関係を示す要部斜視図である。同図において図１に示した要素と同一要素には同符番を付している。

ここで結像光学系４の各反射面はオフアキシャル反射面Ｓaを除き鏡筒（不図示）に組みつけ固定された後、キャリッジ６に取り付けられる。尚、このとき画像読取装置の筐体の製造誤差で原稿台２に傾きが発生し、倍率がずれることもあるため、オフアキシャル反射面Ｓaを除き鏡筒に組みつけられたユニットはキャリッジ内で可動状態にしておいても良い。

次に図３に示す特定のチャート３１が原稿台２上と等価な位置に設置される。チャート３１は倍率と歪曲が検出できるパターンより成っている。そしてオフアキシャル反射面Ｓaは規定の位置に配置され、既にキャリッジ６内に組付けられた複数の反射ミラーを通して読取手段５上にチャート像が結像する。

このチャート像をＣＣＤの読取素子（撮像素子）を使って検出し、その出力結果を参照しながら第１の反射ミラー３aの反射面の変形量の設定と、オフアキシャル反射面Ｓaの位置の制御が行われる。

このときの調整の流れについて以下、説明する。

図４は第３のオフアキシャル光学素子４ｃの反射面Ｓａの位置の調整方法を示した要部断面図である。

まず結像光学系４の基準軸中心に対し主走査方向に非対称に発生している歪曲収差やピント位置ズレ（像面湾曲）については、読取手段５からの出力に基づいて調整部材９を変移させてオフアキシャル反射面Ｓaの位置を動かし調整を行う。

調整は調整部材９により図２に示すようにＸ方向に平行移動（Ｓｘ）とＸ軸周りに回転（Ｔｘ）、Ｙ方向に平行移動（Ｓｙ）とＹ軸周りに回転（Ｔｙ）の４方向で行うのが良い。

そして調整終了後、オフアキシャル反射面Ｓaを光硬化樹脂やエポキシ樹脂の接着剤で固着する。

尚、調整されるオフアキシャル反射面Ｓaはオフアキシャル光学素子４ｃと鏡筒（保持部材）１０を直接接着しても良い。あるいは調整の制御がしやすいようにオフアキシャル反射面Ｓaと調整部材９とを先に合体させ、合体した状態で調整部材９を鏡筒１０と調整し固定しても良い。

次に対称に発生している歪曲収差やピント位置ズレ（像面湾曲）については、読取手段５からの出力に基づいて第１の反射ミラー３aの面形状を反射ミラー湾曲手段８により変化（湾曲）させて調整を行う。

ここで図５を用いて第１の反射ミラー３aの面形状を反射ミラー湾曲手段(変形手段)８により変化させる方法について説明する。

図５において第１の反射ミラー３aは、その両端部もしくはその近傍が板バネや接着剤を使ってキャリッジに固定されている。そして第１の反射ミラー３aの中央部に反射ミラー湾曲手段８を構成する偏心コロ１１を当接させ、この当接位置と偏心コロ１１の回転量を変えることで、該第１の反射ミラー３aの湾曲量を制御する。これにより主走査方向と副走査方向を同時に変形制御が行われる。

尚、偏心コロ１１の当接する場所を副走査方向で第１の反射ミラー３aの中央部に変更することで、主走査方向だけの変形制御も可能となる。

そして調整終了後は、反射ミラー湾曲手段８が動かないように接着剤で固定する。

尚、本実施例では調整される反射ミラーを最も原稿７側の第１の反射ミラー３aとしたが、これに限らず、他の反射ミラーを用いても何ら問題はない。また２以上の反射ミラーの面を主走査方向と副走査方向で変形させても良い。

ここで調整に用いられる反射ミラーの材料はガラスに限らずプラスチックでも良い。調整用の反射ミラーは、厚みが厚すぎると変形しにくくなり、制御も困難になるためミラーの厚みは５ｍｍ以下が望ましい。また問題となる３ラインセンサー間での歪曲量の差は、歪曲発生量に比べ非常に小さいため、反射ミラーの変形量は主走査方向に比べ、副走査方向の方が小さくなる。

より具体的には、反射ミラー湾曲手段８が、反射ミラーの主走査断面内と副走査断面内の面形状の最大変形量を各々Ｍ、Ｓとするとき、
Ｓ＜Ｍ／３０ ‥‥‥(１)
なる条件を満足するように変形させている。

上記条件式(1)は反射ミラーの主走査断面内と副走査断面内の面形状の最大変形量Ｍ、Ｓの比に関するものである。条件式(1)を逸脱すると副走査断面内の変形量Ｓが大きくなり、その結果、副走査方向に反射ミラーが大きくなり、画像読取装置の大型化を招いたり、反射ミラー湾曲手段８が複雑化してしまうので良くない。

更に望ましくは上記条件式(1)を次の如く設定するのが良い。

Ｓ＜Ｍ／５０ ‥‥‥(１ａ)

図６は本発明の実施例２の画像読取装置の要部断面図である。

本実施例において前述の実施例１と異なる点は、２：１ミラー走査型の画像読取装置において、反射ミラー湾曲手段４８により調整される反射ミラーを第１の反射ミラー４３aに限定したことである。

同図において４２は原稿台であり、その面上に原稿４７が載置されている。４１は照明手段(照明光源)であり、ハロゲンランプ、蛍光灯やキセノンランプによって成っている。４３は反射笠であり、照明光源４１からの光束を反射させ、原稿４７の原稿面を効率よく照明している。４３ａ，４３ｂ，４３ｃは各々順に第１、第２、第３の反射ミラーであり、原稿７からの光束の光路を本体内部で折り曲げている。本実施例における第１の反射ミラー４３ａには、その反射面の主走査方向及び副走査方向の形状を変化させる反射ミラー湾曲手段４８が設けられている。

４４は結像光学系（オフアキシャル光学系）であり、副走査断面内のみを対称面とする面対称形状のオフアキシャル反射面より成る第１、第２、第３、第４のオフアキシャル光学素子４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄより構成されている。結像光学系４４は原稿４７の画像情報に基づく光束を読取手段４５上に結像させている。また本実施例において複数のオフアキシャル光学素子のうち、第３のオフアキシャル光学素子４４ｃの反射面Ｓａは、変移可能な調整部材（不図示）を介して保持部材（不図示）に保持されている。

４５は読取手段であり、主走査方向に複数の画素を配列したラインセンサーを複数個、副走査方向に配置して構成されている。

本実施例において照明光源４１から放射された光束は直接あるいは反射笠４３を介して原稿４７を照明している。そして照明光源４１で照明された原稿４７からの反射光を第１、第２、第３の反射ミラー４３ａ，４３ｂ，４３ｃを介して本体内部でその光束の光路を折り曲げ、結像光学系４４によりＣＣＤ４５面上に結像させている。このとき第１、第２、第３の反射ミラー４３ａ，４３ｂ，４３ｃが副走査方向に移動している。また主走査方向を電気的に走査することで原稿４７の画像情報を読み取っている。このとき第２、第３の反射ミラー４３ｂ，４３ｃは、第１の反射ミラー４３ａの移動量の半分移動することで原稿４７とＣＣＤ４５との距離を一定としている。

本実施例において反射ミラー湾曲手段４８より調整される反射ミラーを第１の反射ミラー４３aに限定したのは、以下の理由による。つまり２：１ミラー走査タイプの画像読取装置の場合、第２、第３の反射ミラー４３ｂ，４３ｃが結像光学系４４との光軸上での相対的な位置関係が変化し、入射する読み取り光束の主走査方向の幅が変化するためである。このような変化が起こると、反射ミラーで面調整を行っても、調整量に対する補正量がスキャン中に変化してしまい、一定の補正量とならないためである。

このように各実施例１，２では上記の如く副走査方向に複数のラインセンサーを配置した画像読取装置において、結像光学系の各部材の製造誤差により劣化した結像性能を良好に簡易な機構で調整することができる。またこれにより色ずれの少ない画像が得られる画像読取装置の提供が可能となる。更には部品の製造誤差をより緩和することが可能となり、製造を容易に行うことができる。

尚、各実施例１，２においては非共軸光学系（オフアキシャル光学系）に本発明を適用したが、もちろん共軸光学系においても適用可能である。

ここで結像光学系の構成の意味を明確にするために、本明細書中で使用のオフアキシャル光学系、及び、その骨組みとなる基準軸について以下のように定義する。

基準軸の定義一般には物体から像面にいたる基準となる基準波長の光線の光路をその光学系における基準軸と定義する。これだけでは基準となる光線の選び方に曖昧性が残るので、通常は以下に示す２つの原則のいずれかにより基準光線、つまり基準軸を設定する。

光学系に部分的にでも対称性を有する軸が存在し、収差を対称性良くとりまとめることができる場合には、その対称性を有する軸上を通る光線を基準光線とする。

光学系に一般的に対称軸が存在しない時、あるいは部分的には対称軸が存在しても、収差を対称性良くとりまとめることができる時には、以下のようになる。つまり物体面中心（被撮影、被観察範囲の中心）から出る光線のうち、光学系の指定される面の順に光学系を通り、光学系内に定義される絞り中心を通る光線を基準光線として設定する。このようにして定義される基準軸は、折れ曲がっている形状となる事が一般的である。

オフアキシャル光学系の定義上記のように定義した基準軸が曲面と交わる点において、面法線が基準軸と一致しない曲面をオフアキシャル曲面と定義し、オフアキシャル曲面を含む光学系をオフアキシャル光学系と定義する。（但し、平面反射面によって基準軸が単純に折れ曲がっている場合も面法線が基準軸と一致しないが、その平面反射面は収差の対称性を損なわないので、オフアキシャル光学系の対象から除外する。）本発明の実施例においては、光学系の基準となる基準軸を上記のように設定したが、光学系の基準となる軸の決め方は光学設計上、収差のとりまとめ上、若しくは光学系を構成する各面形状を表現する上で都合の良い軸を採用すれば良い。

しかし、一般的には像面または観察面の中心と、絞りまたは入射瞳または射出瞳または光学系の第１面の中心若しくは最終面の中心のいずれかを通る光線の経路を光学系の基準となる基準軸に設定している。各面の順番は基準軸光線が反射を受ける順番に設定している。

従って、基準軸は設定された各面の順番に沿って反射の法則に従ってその方向を変化させつつ、最終的に像面の中心に到達する。

本発明の実施例１の画像読取装置の概略断面図 本発明の実施例１の結像光学系とラインセンサーの斜視図 本発明の実施例１のチャートの詳細図 本発明の実施例１の反射面と調整部材と保持部材の説明図 本発明の実施例１の反射ミラー湾曲手段の要部模式図 本発明の実施例２の画像読取装置の概略断面図 従来のキャリッジ１体型走査光学系の配置例を示す図 カラー画像読取装置を説明する要部概要図

符号の説明

１、４１ 照明手段
２、４２ 原稿台
３ａ、３ｂ、３ｃ、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ 反射ミラー
４，４４ 結像光学系
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ オフアキシャル光学素子
Ｓａ オフアキシャル反射面
５，４５ 読取手段（３ラインセンサー）
６ キャリッジ
７，４７ 原稿
８，４８ 反射ミラー湾曲手段
９ 調整部材
１０ 保持部材（鏡筒）
１１ 偏心コロ
３１ チャート

Claims (4)

1. 原稿面上の画像情報を照明する照明手段と、該原稿面からの光束を順次反射させる複数の反射ミラーと、該複数の反射ミラーで反射した光束を結像させる結像光学系と、該結像光学系によって該画像情報の像が形成される位置に配置した読取手段と、を有し、
   該読取手段は主走査方向に複数の画素を配列したラインセンサーを複数個、副走査方向に配置して構成されており、
   該原稿面と該読取手段との副走査方向の相対的位置を変えて、該画像情報を該読取手段で読み取る画像読取装置において、
   該複数の反射ミラーのうち、少なくとも１つの反射ミラーには、その反射面の主走査方向及び副走査方向の形状を変化させる反射ミラー湾曲手段が設けられていることを特徴とする画像読取装置。
2. 前記結像光学系は、副走査断面内のみを対称面とする面対称形状の複数のオフアキシャル反射面を有し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。
3. 前記オフアキシャル反射面のうち少なくとも１つは、変移可能な調整部材を介して保持部材に保持されていることを特徴とする請求項２に記載の画像読取装置。
4. 前記反射ミラー湾曲手段は、前記反射ミラーの主走査断面内と副走査断面内の面形状の最大変形量を各々Ｍ、Ｓとするとき、
   Ｓ＜Ｍ／３０
   なる条件を満足するように変形させていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の画像読取装置。

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