JP2011055277A - 光学調整方法及びその調整方法を用いた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラー画像読取装置の光学調整方法で、ＲＧＢ各色の解像力が所定値以上あり、かつ、ＲＧＢ各色の解像力の差が所定値以下になるように、ＣＣＤ等の撮像素子の位置を調整する。
イメージスキャナー、複写機等のカラー画像読取装置において、所定の解像力を有しつつ、黒文字検知等で誤判定をおこさない等の後段の処理に不都合がない、高画質な読取を可能とするカラー画像読取装置の光学調整方法を提供すること。
【解決手段】 複数の物高、ＲＧＢ各色で、主走査方向と副走査方向の解像力のデフォーカス特性を測定する工程、
前記解像力のデフォーカス特性の測定結果に基づき、前記解像力の絶対値とＲＧＢ各色の解像力差で決まる共通深度幅を求める工程、
前記共通深度幅内で撮像素子の位置を決定する工程、
前記決定された位置に撮像素子を調整する工程、
を有するカラー画像読取装置の光学調整方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イメージスキャナー、複写機等に適用可能なカラー画像読取装置の光学調整方法に関するものである。

一般的なカラー画像読取装置の要部断面図を図８に示す。

同図において、８２は原稿台ガラスであり、その面上に原稿８１が載置されている。８７はキャリッジであり、照明系８３、複数の反射ミラー８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、８４ｅ、結像光学系８５、そして読取手段８６等を一体的に収納しており、モーターなどの副走査機構８８により図中の副走査方向へ走査し、原稿８１の画像情報を読み取っている。読み取られた画像情報は、図示しないインターフェイスを通じて、外部機器であるパーソナルコンピューターなどに送られる。

ここで照明系８３は、キセノン管、冷陰極管、ＬＥＤアレイ等の光源より成っている。なお、照明系８３は、原稿８１を効率よく照明するために、アルミ蒸着された反射板や、透明樹脂による導光部材を組み合わせて用いてもよい。

８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、８４ｅは、各々反射ミラーであり、原稿８１からの反射光をキャリッジ８７内部で折り曲げて、キャリッジ８７の小型化を図っている。

８５は結像光学系であり、原稿８１からの反射光を読取手段８７面上に結像させている。結像光学系８５は、例えば回転対称面で形成されている屈折光学系や非回転対称非球面を含んだ屈折光学系やオフアキシャル反射光学系によって構成されている。

読取手段８６は、３つのラインセンサー（ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子）を互いに１次元方向（紙面と垂直な主走査方向）に平行となるように配置した、所謂モノリシック３ラインセンサーより成っている。３つのラインセンサー面上には各々赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の色フィルターが設けられており、このモノリシック３ラインセンサーで順次、原稿の色情報（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を読み取っている。

このようなカラー画像読取装置においては、高画質な読み取りのために、設計性能の向上だけでなく、組立調整の高精度化が強く求められている。特に、結像光学系等の製造誤差で発生する光学性能のバラツキは大きく、それを吸収すべく、光学調整が行われている。このような光学調整の調整項目としては、解像力、倍率、主走査位置、副走査位置等があり、特に解像力は重要な調整項目であり、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の解像力が、所定値以上になるようにラインセンサーの位置を調整している。

例えば、特許文献１では、カラー画像読取装置の光学調整方法において、調整用チャートとラインセンサー間の距離を所定の範囲にわたって変化させ、所定の範囲の光学距離に位置するラインセンサーに調整用チャートを読み取らせて、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の画像信号を発生させ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の画像信号に所定の演算処理を施して光学距離に対応した評価値を算出し、この評価値に基づいて光学距離の調整を行うことが開示されている。

また、特許文献２では、解像力テストチャートの画像を読み取る画像読み取り部と、読み取り画像から解像度を測定する解像度測定部と、測定した解像度とあらかじめ調整規格設定部により定められた調整規格とを比較して調整位置を決定し、画像読み取り装置に調整位置をフィードバックして光学ユニットの焦点位置を移動させる調整位置決定部とを備えた光学調整装置及び光学調整方法が開示されている。

特開平８−１１１７４３号公報 特開２００１−１１６９８３号公報

しかしながら、上述の特許文献１及び２に開示された従来技術では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色解像力が所定値以上に調整できるものの、結像光学系の製造誤差によっては、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色解像力の差が大きくなる場合が発生する。このＲ、Ｇ、Ｂの各色解像力の差が大きくなると、読み取った画像の後段の処理において不都合が発生する場合がある。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各解像力差で閾値レベルを決定している黒文字検知処理等で、黒文字を色文字と判定する誤判定をおこし、高画質な読取が達成できないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、黒文字検知等で誤判定をおこさない等、後段の処理に不都合がない、高画質な読取を可能とするカラー画像読取装置の光学調整方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明にかかわるカラー画像読取装置の光学調整方法は、
複数の物高、ＲＧＢ各色で、主走査方向と副走査方向の解像力のデフォーカス特性を測定する工程、
前記解像力のデフォーカス特性の測定結果に基づき、前記解像力の絶対値とＲＧＢ各色の解像力差で決まる共通深度幅を求める工程、
前記共通深度幅内で撮像素子の位置を決定する工程、
前記決定された位置に撮像素子を調整する工程、
を有したことを特徴としている。

本発明によれば、イメージスキャナー、複写機等のカラー画像読取装置において、黒文字検知等で誤判定をおこさない等、後段の処理に不都合がない、高画質な読取を可能とするカラー画像読取装置の光学調整方法を提供することでできる。

本発明が適用されるカラー画像読取装置の要部断面図 本発明が適用される光学調整装置の要部断面図 本発明の光学調整装置に用いられる調整用チャートの説明図 本発明の光学調整手順を説明するフローチャート 本発明の実施例１の共通深度幅説明図 本発明の実施例２の共通深度幅説明図 本発明の実施例３の共通深度幅説明図 従来のカラー画像読取装置の要部断面図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明が適用されるイメージスキャナーや複写機等のカラー画像読取装置の要部断面図である。図中、２は原稿台ガラスであり、その面上に原稿１が載置されている。７はキャリッジであり、照明系３、複数の反射ミラー４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、結像光学系５、そして読取手段６等を一体的に収納している。

ここで照明系３は、キセノン管、冷陰極管、ＬＥＤアレイ等の光源より成っている。なお、照明系３は、原稿１を効率よく照明するために、アルミ蒸着された反射板や、透明樹脂による導光部材を組み合わせて用いてもよい。

４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、各々反射ミラーであり、原稿１からの反射光をキャリッジ７内部で折り曲げて、キャリッジ７の小型化を図っている。

５は結像光学系であり、原稿１からの反射光を読取手段７面上に結像させている。結像光学系５は、例えば回転対称面で形成されている屈折光学系や非回転対称非球面を含んだ屈折光学系やオフアキシャル反射光学系によって構成されている。

読取手段６は、３つのラインセンサー（ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子）を互いに１次元方向（紙面と垂直な主走査方向）に平行となるように配置した、所謂モノリシック３ラインセンサーより成っている。３つのラインセンサー面上には各々赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の色フィルターが設けられている。このモノリシック３ラインセンサーで順次、原稿の色情報（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を読み取っている。

上記構成において、照明系３から放射された光束は直接あるいは反射板（不図示）を介して原稿１を照明し、原稿１からの反射光を第１、第２、第３、第４の反射ミラー４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを介してキャリッジ７内部でその光束の光路を折り曲げ結像光学系５により読取手段６（以下ラインセンサー６）面上に結像させている。そしてキャリッジ７を副走査機構８により副走査方向に移動させることにより、原稿１の画像情報を読み取っている。そして読み取られた画像情報は不図示のインターフェイスを通じて外部機器であるパーソナルコンピューターやプリンターなどに送られる。

このようなカラー画像読取装置に用いられる光学調整装置について、図２を用いて説明する。キャリッジ調整装置２７は、調整用チャート２１、チャート用照明装置２３、結像光学系位置調整機構２５、読取手段位置調整機構２６を有し、前述のキャリッジ７を載置して、光学調整が行える構成になっている。

このキャリッジ調整装置２７を用いて調整する項目としては、解像力、倍率、主走査位置、副走査位置等があり、キャリッジ７に照明系３、反射ミラー４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、結像光学系５、ラインセンサー６等の部品を仮組したのちに、結像光学系５とラインセンサー６の位置をそれぞれ結像光学系位置調整機構２５、読取手段位置調整機構２６用いて調整している。

ここで、本発明の特徴とするところの解像力調整方法に関して、図３及び図４を用いて詳細に説明する。図３は、キャリッジ調整装置２７に用いられる調整用チャート２１の説明図である。図３に示すように、ラインセンサー６の受光素子配列方向に対し垂直方向に並んだ万線パターン１２と、ラインセンサー６の受光素子配列方向に対し平行方向から一定角度を持って並んだ万線パターン１３が、各々ペアで、主走査方向の３箇所（中心部と両周辺部）に配置されている。

この調整チャート２１のパターンを結像光学系５によりラインセンサー６上に結像させ、解像力の評価を行っている。解像力の評価方法は、既知の技術であり、ここでは詳細を省略する。本発明では、白黒万線チャートのコントラストで評価している。

図４は、本発明の光学調整手順を説明するフローチャートであり、ステップ順に詳細に説明する。

まず、キャリッジ７に照明系３、反射ミラー４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、結像光学系５、ラインセンサー６等の部品を仮組したのち、キャリッジ７をキャリッジ調整装置２７に載置する。

次に、チャート用照明装置２３を点灯させ、図３で示した調整用チャート２１を照明し、チャート像を結像光学系５により、ラインセンサー６上に投影する。ここで、読取手段位置調整機構２６でラインセンサー６を結像光学系５の光軸方向に所定範囲移動させながら、所定ピッチで解像力を評価し、解像力のデフォーカス特性を測定する。解像力のデフォーカス特性は、チャートパターン位置に対応した主走査方向の３箇所（中心部１箇所と周辺部２箇所）で、主走査方向の解像力と副走査方向の解像力の両方を、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色毎に取得する。（ステップ０１）
次に、ステップ０１で取得した解像力のデフォーカスデータをもとに、後述する共通深度幅を算出する。（ステップ０２）
次に、ステップ０２で算出した共通深度幅の算出結果にもとづき、ラインセンサー６の位置を決定する。本実施例１の場合には、共通深度幅の中心にラインセンサー６の位置を決定している。（ステップ０３）
次に、ステップ０３で決定したラインセンサー６の位置に、読取手段位置調整機構２６を駆動させて、所定の位置へラインセンサー６を移動する。この際、解像力以外の項目、例えば倍率等が所定値を満たさない場合は、結像光学系位置調整機構２５を利用して調整しても良い。（ステップ０４）
上記のフローに従い調整後、結像光学系５とラインセンサー６は、ビス止め、接着等の既知の方法で固定され、光学調整終了となる。

ここで、本発明の最大の特徴であるステップ０２の共通深度幅算出工程に関して、より詳細に説明する。

図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すグラフは、前述のステップ０１で取得した解像力のデフォーカス特性の一例である。ここで、図５（Ａ）はチャート中心部分でのＲ、Ｇ、Ｂ各色での解像力のデフォーカス特性であり、横軸はラインセンサー位置（ｍｍ）、縦軸は解像力の指標となるコントラスト（％）である。図５（Ｂ）は、チャート周辺部分でのＲ、Ｇ、Ｂ各色での解像力のデフォーカス特性であり、実線は主走査方向、点線は副走査方向を示している。説明の簡略化のため、周辺部分は片側１箇所のみ示している。図５（Ｃ）は、チャート中心部分でのＲ、Ｇ、Ｂ各色の解像力差のデフォーカス特性を示すグラフであり、横軸はラインセンサー位置（ｍｍ）、縦軸はＲ、Ｇ、Ｂ各色の解像力差の絶対値を示している。ここで、曲線ＸはＧとＢの解像力差の絶対値、曲線ＹはＢとＲの解像力差の絶対値、曲線ＺはＲとＧの解像力差の絶対値を示している。図５（Ｄ）は、チャート周辺部分でのＲ、Ｇ、Ｂ各色の解像力差のデフォーカス特性を示すグラフであり、実線は主走査方向、点線は副走査方向の解像力差を示している。曲線Ｘ、曲線Ｙ、曲線Ｚの定義は、図５（Ｃ）と同様である。

ここで、共通深度幅の算出工程を説明する。

まず、解像力の絶対値が、チャート中心部と周辺部の両方、かつ、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色、かつ、主走査方向と副走査方向の両方、で所定値以上になる範囲を絶対値共通深度と定義する。一例として、コントラストの値が３５％以上の範囲とした場合、実線ａと実線ｂの間の範囲が絶対値共通深度となる。ここで実線ａは、中心部のＧのデフォーカス特性で決まり、実線ｂは、周辺部のＧの主走査方向のデフォーカス特性で決まる位置である。

一方、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の解像力差の絶対値が、チャート中心部と周辺部の両方、かつ、Ｒ、Ｇ、Ｂの全ての色差、かつ、主走査方向と副走査方向の両方、で所定値以下になる範囲を色差共通深度と定義する。一例として、コントラスト差の絶対値が１６％以下の範囲とした場合、点線ｃと点線ｄの間の範囲が色差共通深度となる。ここで点線ｃは、中心部の曲線Ｚで決まり、点線ｄは、周辺部の主走査方向の曲線Ｘで決まる位置である。

つまり、解像力の絶対値が所定値以上、かつ、ＲＧＢ各色の解像力差が所定値以下になる範囲は、点線ｃと実線ｂの範囲となり、この範囲が共通深度幅となる。

前記ステップ０２の工程で、この共通深度幅を算出し、その結果にもとづき、ステップ０３の工程でラインセンサー６の位置を決定している。本実施例１の場合は、共通深度幅の中心である実線ｅの位置としている。

このような光学調整フローでラインセンサー６の位置調整を行うことにより、高画質な読取が可能なカラー画像読取装置を得ることができる。

以下、図６を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。

図６に示すデフォーカス特性は、実施例１で示した特性よりも、周辺部分の像面湾曲が大きく、像面がオーバー側に倒れている。これは、結像光学系のバラツキ、例えばレンズの肉厚や空気間隔に誤差を持った場合に発生する。このようなデフォーカス特性であった場合でも、実施例１で説明したのと同様にして、解像力の絶対値が所定値以上、かつ、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の解像力差が所定値以下になる共通深度幅を算出し、その中心位置（図６の実線ｅ）にラインセンサー７を調整することで、高画質な読取が可能なカラー画像読取装置を得ることができる。

以下、図７を参照して、本発明の第３の実施例について説明する。

前述の実施例１や実施例２で示した調整方法を行えば、所望の特性が得られ、高画質な読取が可能となるが、画像読取装置の使用環境によっては、温湿度等の影響によりピントズレが発生し、調整時初期の性能を維持できないという場合も発生する。特に温度等の影響を受けた場合には、初期位置からのピントズレが、プラス側とマイナス側で非対称に発生し、一方だけ所望の値を得られない場合が出てくる。本実施例では、その点を鑑み、環境でのピントズレ量を予測し、その分、ラインセンサーの初期位置を中心位置（実線ｅ）から実線ｆにシフトさせている。こうする事により、環境変化があった場合でも安定して高画質な読取が達成できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

５ 結像光学系
６ 読取手段（撮像素子）
７ キャリッジ
２１ 調整用チャート
２７ 読取手段位置調整機構
２８ キャリッジ調整装置

Claims (5)

1. 複数の物高、ＲＧＢ各色で、主走査方向と副走査方向の解像力のデフォーカス特性を測定する工程、
   前記解像力のデフォーカス特性の測定結果に基づき、前記解像力の絶対値とＲＧＢ各色の解像力差で決まる共通深度幅を求める工程、
   前記共通深度幅内で撮像素子の位置を決定する工程、
   前記決定された位置に撮像素子を調整する工程、
   を有するカラー画像読取装置の光学調整方法。
2. 前記共通深度幅は、
   ＲＧＢ各色の解像力が所定値以上、かつ、ＲＧＢ各色解像力差の絶対値が所定値以下の条件で決めることを特徴とする特許請求項１記載のカラー画像読取装置の光学調整方法。
3. 前記撮像素子の調整位置は、
   前記共通深度幅の中心位置であることを特徴とする特許請求項１記載のカラー画像読取装置の調整方法。
4. 前記撮像素子の調整位置は、
   前記共通深度幅の中心位置から所定量シフトした位置であることを特徴とする特許請求項１記載のカラー画像読取装置の調整方法。
5. 特許請求項１〜４記載の光学調整方法で調整されたカラー画像読取装置。

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