JP2011244134A5 - - Google Patents

Description

画像読取装置の調整方法

本発明は原稿台に載置した原稿の画像情報を読み取る画像読取装置の調整方法に関する。特にアナモフィックレンズ等の回転非対称形状レンズを有する結像光学系の光学性能を十分に発揮して高精度な画像読取りが行なえる例えばイメージスキャナー、複写機、そしてファクシミリ等の画像読取装置に好適なものである。

従来より原稿台に載置した原稿の画像情報を読み取る装置として、イメージスキャナーやデジタル複写機等の画像読取装置が知られている。このうち画像読取用の結像光学系や読取手段等を１つの筺体（キャリッジ）に収納した一体型走査光学ユニット（キャリッジ一体型ユニット）を用いたフラットベッドイメージスキャナーが知られている。

この画像読取装置では照明光源から放射された光束で直接あるいは反射笠を介して原稿台に載置した原稿を照明する。そして原稿からの反射光束を複数の反射ミラーを介してキャリッジ内部でその光束の光路を折り曲げている。そして結像光学系によりＣＣＤやＣＭＯＳ等の読取画素を主走査方向に配列したリニアイメージセンサー（以下「ＣＣＤ」と称す。）面上に原稿の画像情報を結像させている。そしてキャリッジを副走査モーターにより副走査方向に移動させることにより原稿の画像情報を読み取っている。そして読取られた画像情報は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。

近年このような構成において画像読取装置の小型化が要望されている。小型化を図るにはキャリッジの小型化が重要になってくる。キャリッジを小型化するには、例えば反射ミラーの枚数を増やしたり、あるいは一枚の反射ミラーで複数回反射させて光路長を確保する方法等がある。この他、近年、結像光学系内に少なくとも一面が光軸に対して回転非対称な形状より成るアナモフィックレンズを導入した画像読取装置が提案されている（特許文献１参照）。この画像読取装置では結像光学系を広画角化して物像間距離を縮め、光路長自体を短くして装置全体の小型化を図っている。

このように結像光学系にアナモフィックレンズを用いれば、像面彎曲収差を効果的に低減することができ、良好なるコントラストの画像情報を得ることができる。しかしながら、回転非対称形状のアナモフィックレンズを有する結像光学系では、結像領域も回転非対称な領域となる。特に、広画角化を図った結像光学系では読み取り範囲が広い主走査領域の結像性能を優先している。

このために、主走査領域では、広い範囲にわたり高い解像力を有する。これに対して副走査方向では収差の悪化により解像力が低下し、高い解像力を有する範囲が狭い。この他キャリッジ一体型の画像読取装置では、構成部品数が多いことと、キャリッジの材料が製作上の要因から樹脂モールド成形で作成される場合が多い。一般に成形精度はバラツキが大きいための各パーツの位置精度を高く維持することが難しい。例えばミラーなどの構成部品の位置が副走査断面内でずれてしまうと、副走査方向の解像力が悪化してくる。これに対し、ミラーの副走査方向への角度調整や、結像光学系と読取手段を一体で調整し、解像力の低下を軽減する調整方法が提案されている（特許文献２参照）。

特開2000-171705号公報 特開2005-101739号公報

特許文献２に開示されている画像読取装置の調整方法ではミラーの副走査断面内における角度を調整している。この方法ではキャリッジが小型化して、ミラーの副走査方向の幅が狭くなると、反射部材のため角度調整の敏感度が非常に高くなる傾向となり調整が難しくなる。また、結像光学系は、鏡筒内の回転対称のレンズと鏡筒外側に配置される回転非対称のレンズで構成されている。このため、鏡筒と回転非対称のレンズとの間にガタ成分があると、鏡筒内の回転対称レンズに対し、回転非対称のレンズが副走査方向にずれてしまうことがある。このとき結像光学系と読取手段を一体にして調整を行う方法では、結像光学系内で発生する副走査方向のずれによるコントラストの悪化分を調整するのが難しくなる。

本発明は、回転非対称レンズを用いた結像光学系において回転非対称レンズが副走査方向へずれた場合でもずれを効果的に調整し、画像情報を高精度に読み取ることができる画像読取装置の調整方法の提供を目的とする。

本発明の画像読取装置の調整方法は、原稿を照明する照明系と、光軸に対して回転非対称な光学面を有する光学素子を含み前記原稿の光学像を形成する結像光学系と、該結像光学系により形成された光学像を電気信号に変換する読取手段と、を有する画像読取装置の調整方法であって、前記結像光学系の副走査方向の取り付け位置および取り付け角度の少なくとも一方を調整する調整工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、回転非対称レンズを用いた結像光学系において回転非対称レンズが副走査方向へずれた場合でもずれを効果的に調整し、画像情報を高精度に読み取ることができる画像読取装置の調整方法が得られる。

本発明の実施例１の画像読取装置の要部概略図 図１の結像光学系の要部概略図 （Ａ）、（Ｂ）調整前の画像読取装置の要部概略図とコントラスト特性図 本発明の実施例１の調整後の画像読取装置の要部概略図とコントラスト特性図 本発明の実施例１の画像読取装置の調整工程のフローチャート図 本発明に係る調整方法の実施例１の要部概略図 本発明の実施例１に係る結像光学系と読取手段の要部概略図 本発明の実施例２の画像読取装置の調整方法を示す要部概略図

本発明に係る結像光学系を有する画像読取装置は、原稿台２に載置した原稿１を照明するための光束を放射する照明系としての光源手段３とを有する。そして光源手段３からの光束により照明された原稿１からの光束を反射させる複数のミラー４ａ〜４ｄと、光軸に対して回転非対称な光学面を有する光学素子５ｄを含み複数枚のミラーで反射された光束で、原稿１の画像情報を結像させる結像光学系５を有する。更に、結像光学系５で結像された光学像を電気信号に変換する複数の読取画素を主走査方向に配列した光電変換素子（読取手段）６を有する。これらの各部材はキャリッジ内に収納されて一体型走査光学系７を構成している。そして一体型走査光学系ユニット７を副走査方向へ移動させて原稿１の画像情報を読み取っている。

図１は本発明の画像読取装置の調整方法の実施例１を適用したイメージスキャナーや複写機等の画像読取装置の要部概略図である。図中、２は原稿台ガラスであり、その面上に画像読取用の原稿１が載置されている。７はキャリッジ（一体型走査光学ユニット）であり、後述する照明系（光源手段）３、複数の反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ、結像光学系５、そして読取手段（光電変換素子）６等を一体的に収納している。キャリッジ７はモーター等の副走査機構８により副走査方向（矢印Ｂ方向）へ駆動され、原稿１の画像情報を２次元的に読取っている。照明系３は、例えばキセノン管やハロゲンランプやＬＥＤアレイ等より成っている。尚、照明系３にはアルミ蒸着板などの反射板を組み合わせて用いてもよい。４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅは各々順に第１、第２、第３、第４、第５の反射ミラーであり、原稿１からの光束の光路をキャリッジ７内部で折り曲げている。

結像光学系５は、原稿１の画像情報に基づく光束を読取手段６面上に結像させている。結像光学系５には、図２に示すように鏡筒５ｃの内部（鏡筒内）に配置されている回転対称の光学面より成るレンズ５ａと回転非対称の光学面を含んだアナモフィックレンズ（回転非対称レンズ）５ｂ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（ＣＣＤもしくはＣＭＯＳ）を互いに１次元方向（主走査方向）（紙面垂直方向）に平行となるように配置した、所謂モノリシックな３ラインセンサより成っている。３つのラインセンサ面上には各々の色光（赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ））に基づく不図示の色フィルターが各々設けられている。この３つのラインセンサで順次原稿１上の異なる色情報（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を読み取っている。

本実施例において照明系３から放射された光束は直接あるいは反射笠（不図示）を介して原稿１を主走査方向に長い照明域で照明する。そして、原稿１からの反射光を順次第１、第２、第３、第４、第５の反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ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によりラインセンサ面上に原稿１の画像情報を結像させている。そしてキャリッジ７を副走査機構８により副走査方向（矢印Ｂ方向）に移動させることにより、原稿１の画像情報を２次元的に読取っている。そして読取られた画像情報はインターフェイス１０１を通じて外部機器であるパーソナルコンピューター（パソコン）１０２やプリンターなどに送られる。

［実施例１］
図３（Ａ）、（Ｂ）は本実施例の画像読取装置の調整方法の調整前の要部概略図と読取手段６面上のコントラスト特性図である。図３（Ａ）、（Ｂ）においては図１と同様に原稿１上の画像情報を読取手段６上に結像している。図３（Ａ）はこのとき各構成部品が所定の位置に取り付けられている理想的な場合の読取り光路である。

このときの光路の中心（光軸Ｌａ上の光線）Ｌｐは読取手段６の中心６ａに正しく結像され、画像読取用の解像力は高くなる。しかし、図２に示すように結像光学系５のアナモフィックレンズ（回転非対称のレンズ）５ｂは、鏡筒５ｃの光軸方向で外側に配置されている。この為に鏡筒５ｃとの間に光軸Ｌａと垂直方向（副走査方向）に嵌合ガタが生ずる場合がある。図３（Ｂ）は嵌合ガタがあったとき、副走査方向にアナモフィックレンズ５ｂがズレたときの説明図である。このとき副走査方向における結像性能は、４５度方向の非点収差が悪化し、読取り光路の中心Ｌｐはラインセンサ６面の中心６ａ上には結像せず、この結果、画像読取の解像力は低下してくる。

そこで本実施例１では結像光学系５の副走査方向の取り付け角度を調整することによって、読取り光路が図４で示すように、アナモフィックレンズ５ｂの光線通過位置をずらしている。そして４５度方向の非点収差の悪化分を補正することにより、読み取り光路の中心Ｌｐがラインセンサ６面上の中心６ａに結像するようにしている。これにより良好なる画像読み取りを行っている。

次に本実施例における画像読取装置の調整方法の工程について説明する。本実施例の調整方法では、結像光学系５の副走査方向の取り付け角度および取り付け位置のうち少なくとも一方を調整手段によって調整する調整工程を用いている。調整手段による調整工程は、光電変換素子６を副走査方向の複数の位置へ移動させ、光電変換素子６で得られる複数の位置での原稿の画像情報のコントラスト値を参照する第１の工程を有する。そして複数の位置で取得したコントラスト値から最良参照値を選択し、光電変換素子６の副走査方向へのシフト量を算出する、即ちコントラスト値が最大となる時の副走査方向への移動量を算出する第２の工程を有する。更に光電変換素子６のシフト量から結像光学系５の副走査方向の調整角度（姿勢調整量）もしくは調整シフト量（位置調整量）の少なくとも一方を算出する第３の工程と、調整角度もしくは調整シフト量に応じて結像光学系５の取り付け位置および取り付け角度の少なくとも一方を調整する第４の工程とを有している。

図５は本実施例の画像読取装置の調整方法のフローチャートである。本実施例では原稿台２に載せたコントラストの像を読取手段６上に結像し、チャートの像のコントラストを検出している。まず、コントラストチャートを原稿台ガラス２に配置し、結像光学系５にてラインセンサ６上の第１の読み取り位置（副走査断面での光軸中心）６−１にて結像させチャート像のコントラストを読み取る。

次にラインセンサ６を第２の読み取り位置（光軸Ｌａよりも副走査断面で上側（一方側））６−２へ移動させ、同様にチャート像コントラストを読み取る。次にラインセンサ６を第３の読み取り位置（光軸Ｌａよりも副走査断面で下側（他方側））６−３へ移動させ、同様にチャート像コントラストを読み取る。この結果、図６に示すようなそれぞれ読取り光路Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３およびそのときのチャート像のコントラスト値を参照する（参照ステップ）（ステップ１）。但し、本実施例では、読取位置を３箇所としたが、それに限定するものでなく、副走査断面においてラインセンサ６を副走査断面での光軸Ｌａ中心ではさんだ上下の少なくとも３箇所あれば、それ以上複数の位置で行ってもよい。

複数の読取位置で取得したコントラスト値から最良のコントラスト値（ＭＡＸコントラスト値）を選択し（参照ステップ）、最良コントラスト値Ｍａｘが出力されるラインセンサ６の光軸Ｌａ中心からの副走査シフト量を算出する（算出工程１）（ステップ２）。この算出工程１によって、ラインセンサ６が副走査方向のどの位置にいるとき、最良のコントラスト値が得られるか確認することができる。

次に、ラインセンサ６の移動量から結像光学系５の副走査方向の調整角度もしくは調整シフト量を演算手段１０３又はパソコン１０２等で算出する（算出工程２）（ステップ３）。このときラインセンサ６の駆動のみで調整する方法は、投影倍率やピント調整等のラインセンサ６にて調整すべき事項があるため、それらの調整と共に行う事が非常に困難になってくる。このため、本実施例の調整方法では敏感度の低い結像光学系５のみで行い、取り付け角度及び取り付け位置を調整する事（姿勢調整工程）で、調整の簡易化を図っている。また、調整角度およびシフト量は、ラインセンサ６が副走査方向の複数の位置に移動した量と、結像光学系５とラインセンサ６間の距離より簡単に導き出す事ができる。そして、調整角度もしくは調整シフト量の算出結果に応じて結像光学系５の姿勢を調整する（姿勢調整工程）（ステップ４）。

一例として、結像光学系５が角度調整となった場合には、図７に示すように、光軸Ｌａ方向から見て結像光学系５の鏡筒５ｃの手前側もしくは奥側にスペーサー部材（調整手段）１１を入れることによって調整する。スペーサー部材１１の厚みは、チャート像のコントラストの測定位置に応じて複数用意されており、適応させている。また、シフト量の場合には、鏡筒５ｃの手前側／奥側の両方にスペーサー部材（調整手段）１１を入れることで行う。

本実施例において、鏡筒５ｃとアナモフィックレンズ５ｂとの副走査方向の嵌合ガタの発生量が３０μｍである場合、この嵌合ガタを補正する為には０．３ｍｍ〜０．５ｍｍのスペーサー部材１１にて結像光学系６を傾かせれば良い。以上のような手順にて結像光学系６の副走査方向の取り付け角度および取り付け位置を調整（傾き調整やシフト調整）することが出来る。

［実施例２］
図８は本発明の画像読取装置の調整方法の実施例２を用いた画像読取装置の要部概略図である。同図において図３〜図７について示した要素と同一要素には同符番を付している。図８において２１は結像光学系６を有する別部材ユニットである。本実施例は実施例１と比べて、図８に示すように結像光学系５が一体型走査光学系ユニット７との嵌合部を有する別部材ユニット２１で一体化され、一体型走査光学系ユニット７に取り付けられている点が異なっている。

図８において、結像光学系５は上部２箇所に嵌合部２２を設けた別部材ユニット２１の内部にバネ、ビス及び接着剤にて取り付けられている。取り付けられた別部材ユニット２１は、一体型走査光学系ユニット７と嵌合部及びビスにて取り付けられる構成となっている。結像光学系５の調整方法の各工程は、実施例１と同一である。

本実施例において角度調整の場合には、図８に示すように、別部材ユニット２１の２箇所の嵌合部２２のうちいずれか一方にスペーサー部材（調整手段）１１を介してビス締めし、取り付けることで調整する。スペーサー部材１１の厚みは、コントラスト測定位置の値に応じて複数用意して適応させている。また、シフト量を調整する場合には、２箇所の嵌合部２２の両方へスペーサー部材１１をいれて、取り付けることで調整する。

本実施例においても、鏡筒５ｃとアナモフィックレンズ５ｂとの嵌合ガタとして副走査方向へ３０μｍ発生したとする。この場合、嵌合ガタを補正する為には０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ厚のスペーサー部材１１にて別部材ユニット２１を一体型走査光学系ユニット７に対して傾かせる事で補正することができる。各実施例によれば以上のような手順にて結像光学系５の副走査方向の取り付け角度および取り付け位置を調整することが出来る。その他、本発明の画像読取装置の調整方法は、上記各実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での種々変更が可能である。

以上のように各実施例によれば、光軸に対して回転非対称な光学面を有する結像光学系内で副走査方向へ回転非対称の光学面がずれた場合でも、敏感度の低い結像光学系自身を調整することができる。このため、精度良く調整することができ、画像情報を高精度に読み取ることができる画像読取装置が得られる。

１ 原稿 ２ 原稿台ガラス ３照明系 ４ 反射ミラー
５ 結像光学系 ６ 読取手段（ラインセンサー） ７ キャリッジ
８ 副走査機構 １１ スペーサー部材（調整手段）
２１ 結像光学系取付用物部材ユニット ２２ 嵌合部

Claims (9)

1. 原稿を照明する照明系と、光軸に対して回転非対称な光学面を有する光学素子を含み前記原稿の光学像を形成する結像光学系と、該結像光学系により形成された光学像を電気信号に変換する読取手段と、を有する画像読取装置の調整方法であって、
   前記結像光学系の副走査方向の取り付け位置および取り付け角度の少なくとも一方を調整する調整工程を有することを特徴とする画像読取装置の調整方法。
2. 前記調整工程は、
   前記読取手段を副走査方向へ移動させて、前記原稿における複数の位置でのコントラスト値を参照する第１の工程と
   前記コントラスト値が最大となる時の前記読取手段の副走査方向への移動量を算出する第２の工程と、
   前記読取手段の移動量から前記結像光学系の副走査方向の位置調整量又は姿勢調整量の少なくとも一方を算出する第３の工程と、
   前記位置調整量又は前記姿勢調整量の少なくとも一方に応じて前記結像光学系の取り付け位置および取り付け角度の少なくとも一方を調整する第４の工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置の調整方法。
3. 前記第１の工程では、副走査方向において、前記結像光学系の光軸中心、該光軸中心の一方側、及び他方側の少なくとも３箇所へ前記読取手段を移動させることを特徴とする請求項２に記載の画像読取装置の調整方法。
4. 前記結像光学系は、鏡筒と、光軸に対して回転対称な光学面を含み前記鏡筒内に配置された光学素子と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像読取装置の調整方法。
5. 光軸に対して回転非対称な光学面を有する前記光学素子は、前記鏡筒と前記読取手段との間の光路に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の画像読取装置の調整方法。
6. 前記照明系と、前記結像光学系と、前記読取手段と、はキャリッジ内に一体的に収納されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像読取装置の調整方法。
7. 前記結像光学系は、前記結像光学系の副走査方向の取り付け位置および取り付け角度の少なくとも一方を調整するための調整手段と共にユニットとして一体化されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像読取装置の調整方法。
8. 前記第４の工程では、前記結像光学系の取り付け位置および取り付け角度の少なくとも一方を調整し、前記結像光学系をスペーサー部材によって固定することを特徴とする請求項２に記載の画像読取装置の調整方法。
9. 前記結像光学系は、スペーサー部材と共にユニットとして一体化されており、前記第４の工程では、前記ユニットの取り付け位置および取り付け角度の少なくとも一方を調整し、前記ユニットを前記スペーサー部材によって固定することを特徴とする請求項２に記載の画像読取装置の調整方法。