JP2018046555A - 読取装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置全体の複雑化及び大型化を抑制しつつ、物体の高画質な画像を取得することができる読取装置を提供する。【解決手段】本発明に係る読取装置1は、物体が載置される載置面3を有する載置台と、物体からの光束を集光する結像光学系12と、結像光学系12からの光束を受光する撮像素子5と、を備え、結像光学系12の拡大側共役面9の少なくとも一部は、載置面3に対して非平行であり且つ縮小側にあることを特徴とする。【選択図】図3
Description
本発明は、読取装置に関する。
従来、反射光学系、結像光学系、及び撮像素子を備え、載置面上に載置された原稿の画像を読み取る読取装置が知られている。
特許文献1には、物体の高画質な画像を読み取るために、載置面と撮像素子の受光面とが共役関係になるように、各光学素子が配置された読取装置が開示されている。
特許文献1には、物体の高画質な画像を読み取るために、載置面と撮像素子の受光面とが共役関係になるように、各光学素子が配置された読取装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示されている読取装置では、物体の表面の光軸方向における高さが各位置において変化している場合(例えば、物体が見開き状態の厚みを有する本である場合など)には、物体の全域にピントを合わせることが困難である。
そのため、そのような厚みを有する物体を撮像する場合には、位置に応じて読取解像度が大きく変化し、画質が低下してしまう問題が生じる。
そのため、そのような厚みを有する物体を撮像する場合には、位置に応じて読取解像度が大きく変化し、画質が低下してしまう問題が生じる。
この問題を解消するために、フォーカシング機構により結像光学系を駆動することで、物体の位置毎に結像光学系のフォーカス位置を変化させる方法が考えられる。
しかしながら、この方法を採用した場合、装置全体が複雑化及び大型化してしまう。
しかしながら、この方法を採用した場合、装置全体が複雑化及び大型化してしまう。
そこで、本発明は、装置全体の複雑化及び大型化を抑制しつつ、物体の高画質な画像を取得することができる読取装置を提供することを目的とする。
本発明に係る読取装置は、物体が載置される載置面を有する載置台と、物体からの光束を集光する結像光学系と、結像光学系からの光束を受光する撮像素子と、を備え、結像光学系の拡大側共役面の少なくとも一部は、載置面に対して非平行であり且つ縮小側にあることを特徴とする。
本発明によれば、装置全体の複雑化及び大型化を抑制しつつ、物体の高画質な画像を取得することができる読取装置を提供することができる。
以下、本実施形態に係る読取装置について図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。
従来においては、図11に示されているような、反射光学系M、結像光学系105及び撮像素子Sを備えた撮像部を用いて、載置面102上に載置された原稿103の画像を読み取る読取装置101が知られている。
[第一実施形態]
図1は、第一実施形態に係る読取装置1の概略斜視図を示している。図2は、第一実施形態に係る読取装置1の概略上面図を示している。
図1は、第一実施形態に係る読取装置1の概略斜視図を示している。図2は、第一実施形態に係る読取装置1の概略上面図を示している。
読取装置1は、内部に光学系2及び撮像素子5を格納しているハウジング20及び原稿等の物体4が載置される載置台10を備えている。
光学系2は、少なくとも1枚のミラー(反射光学素子)を備える反射光学系11、及び少なくとも1つのレンズ及び開口絞りを備える結像光学系12を備えている(図3参照)。
本実施形態に係る読取装置1では、反射光学系11、結像光学系12及び撮像素子5によって、物体4を撮像する撮像部25が構成される。
光学系2は、少なくとも1枚のミラー(反射光学素子)を備える反射光学系11、及び少なくとも1つのレンズ及び開口絞りを備える結像光学系12を備えている(図3参照)。
本実施形態に係る読取装置1では、反射光学系11、結像光学系12及び撮像素子5によって、物体4を撮像する撮像部25が構成される。
載置台10の載置面3上に原稿等の物体4が載置され、物体4からの光束が、反射光学系11によって反射される。反射された光束は、結像光学系12によって撮像素子5の受光面上に集光される。
撮像素子5としては、CCD(Charge Coupled Device)センサーやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー等を用いることができる。
読取装置1は、載置面3上の物体4の画像を斜め上方から読み取るように配置されている。これは、読取装置1の使用者が物体4を視認するにあたって、ハウジング20が視認の邪魔にならないようにするためである。
このような画像読み取りにおいて、装置を小型化するために、読取装置1の光学系2は、少なくとも1枚のミラーを備える反射光学系11と、少なくとも1つのレンズ及び開口絞りを備える結像光学系12から構成されている。
このような画像読み取りにおいて、装置を小型化するために、読取装置1の光学系2は、少なくとも1枚のミラーを備える反射光学系11と、少なくとも1つのレンズ及び開口絞りを備える結像光学系12から構成されている。
本実施形態に係る読取装置1と同様の構造を有する一般的な読取装置では、結像光学系を介して、載置面上の物体の像が撮像素子の受光面上に形成される。
このとき、載置面と撮像素子の受光面とは互いに共役の関係にあり、拡大側共役面及び縮小側共役面はそれぞれ、載置面及び撮像素子の受光面と一致するように、読取装置の各光学素子は配置されている。
このとき、載置面と撮像素子の受光面とは互いに共役の関係にあり、拡大側共役面及び縮小側共役面はそれぞれ、載置面及び撮像素子の受光面と一致するように、読取装置の各光学素子は配置されている。
しかしながら、本実施形態に係る読取装置1では、縮小側共役面7は、撮像素子5の受光面に一致させている一方で、拡大側共役面6は、載置面3とは意図的に一致させていない。
具体的には、結像光学系12の拡大側共役面6の少なくとも一部は、載置面3に対して非平行であり且つ縮小側にあるように、読取装置1の各光学素子を配置させている。
より具体的には、結像光学系12の光軸方向における、拡大側共役面6の少なくとも一部の載置面3に対する離間量は、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて大きくなるように、読取装置1の各光学素子を配置している。
具体的には、結像光学系12の拡大側共役面6の少なくとも一部は、載置面3に対して非平行であり且つ縮小側にあるように、読取装置1の各光学素子を配置させている。
より具体的には、結像光学系12の光軸方向における、拡大側共役面6の少なくとも一部の載置面3に対する離間量は、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて大きくなるように、読取装置1の各光学素子を配置している。
これについて、図2を用いて説明すると、図2において、各破線はそれぞれ、同一の読取画角の位置を結んでおり、放物線状になる。従って、ハウジング20に近い破線ほど、読取画角は小さい。
すなわち、本実施形態に係る読取装置1では、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて、拡大側共役面6の少なくとも一部が載置面3から撮像部25の光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、すなわち、各破線上の該離間量がそれぞれ等しくなるように、各光学素子を配置している。
すなわち、本実施形態に係る読取装置1では、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて、拡大側共役面6の少なくとも一部が載置面3から撮像部25の光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、すなわち、各破線上の該離間量がそれぞれ等しくなるように、各光学素子を配置している。
これにより、物体4の光軸方向の高さが物体4の各位置において変化しており、物体4の一部が載置面3よりも高い位置にある場合(例えば、物体4が見開き状態の厚みを有する本の場合)でも、物体4の高画質な画像を読み取ることができる。
図3は、撮像部25の光軸と載置面3の中心とを含む第1の断面15で切った、本実施形態に係る読取装置1の概略断面図を示している。
図3に示されているように、拡大側共役面6と第1の断面15との交線である共役線9は、載置面3に対して少なくとも一部が上方、且つ非平行になっている。
具体的には、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて、共役線9の少なくとも一部が載置面3から撮像部25の光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、載置面3に対して傾いた直線となっている。
具体的には、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて、共役線9の少なくとも一部が載置面3から撮像部25の光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、載置面3に対して傾いた直線となっている。
図4(a)及び(b)は、本実施形態に係る読取装置1における各読取画角でのコントラスト値のデフォーカス位置依存性(拡大側のMTF−Defocus特性)を模式的に示している。
また、所定の値以上のコントラスト値を確保できる深度幅を被写界深度幅と呼ぶこととする。
また、所定の値以上のコントラスト値を確保できる深度幅を被写界深度幅と呼ぶこととする。
図4(a)及び(b)に示されているように、一般的に、読取画角が大きくなるにつれて、被写界深度幅は狭くなる。
ここで、拡大側共役面6が載置面3に対して平行を維持したまま、載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)離間するように、読取装置1の各光学素子を配置することを考える。
このとき、図4(a)に示されているように、共役線9は載置面3に対して平行を維持したまま、載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)離間している。
そうすると、拡大側共役面6(共役線9)の位置に対応するデフォーカス位置では、各読取画角において、コントラスト値は最大値を取る。
従って、物体4の光軸方向の高さが物体4の各位置において変化しており、物体4の一部が載置面3よりも高い位置にある場合(例えば、物体が見開き状態の厚みを有する本の場合)でも、物体4の高画質な画像を読み取ることができる。
しかしながら、一方で、載置面3の位置に対応するデフォーカス位置では、小さい読取画角ではコントラスト値は大きく減少はしないが、読取画角が大きくなると、コントラスト値は急激に減少してしまっていることがわかる。
そのため、このような設計において、載置面3上に配置された薄い原稿4の画像読み取りを行おうとすると、原稿4の小さい読取画角に対応する部分に対しては、良好なコントラスト値を有する画像を読み取ることができる。しかしながら、大きい読取画角に対応する部分に対しては、良好なコントラスト値を有する画像を読み取ることができなくなる。
ここで、拡大側共役面6が載置面3に対して平行を維持したまま、載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)離間するように、読取装置1の各光学素子を配置することを考える。
このとき、図4(a)に示されているように、共役線9は載置面3に対して平行を維持したまま、載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)離間している。
そうすると、拡大側共役面6(共役線9)の位置に対応するデフォーカス位置では、各読取画角において、コントラスト値は最大値を取る。
従って、物体4の光軸方向の高さが物体4の各位置において変化しており、物体4の一部が載置面3よりも高い位置にある場合(例えば、物体が見開き状態の厚みを有する本の場合)でも、物体4の高画質な画像を読み取ることができる。
しかしながら、一方で、載置面3の位置に対応するデフォーカス位置では、小さい読取画角ではコントラスト値は大きく減少はしないが、読取画角が大きくなると、コントラスト値は急激に減少してしまっていることがわかる。
そのため、このような設計において、載置面3上に配置された薄い原稿4の画像読み取りを行おうとすると、原稿4の小さい読取画角に対応する部分に対しては、良好なコントラスト値を有する画像を読み取ることができる。しかしながら、大きい読取画角に対応する部分に対しては、良好なコントラスト値を有する画像を読み取ることができなくなる。
そこで、本実施形態に係る読取装置1では、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて、拡大側共役面6の少なくとも一部が載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、読取装置1の各光学素子を配置している。
このとき、図4(b)に示されているように、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて、共役線9の少なくとも一部が載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、載置面3に対して傾いた直線となる。
これにより、小さい読取画角では、載置面3の位置に対応するデフォーカス位置でもコントラスト値は大きく減少しないため、載置面3の全域にわたって十分なコントラスト値を確保することができ、薄い原稿4でも高解像度な画像を読み取ることが可能となる。
また、物体4の光軸方向の高さが物体4の各位置において変化しており、物体4の一部が載置面3よりも高い位置にある場合(例えば、物体が見開き状態の厚みを有する本の場合)でも、物体4の高画質な画像を読み取ることができる。
このとき、図4(b)に示されているように、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて、共役線9の少なくとも一部が載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、載置面3に対して傾いた直線となる。
これにより、小さい読取画角では、載置面3の位置に対応するデフォーカス位置でもコントラスト値は大きく減少しないため、載置面3の全域にわたって十分なコントラスト値を確保することができ、薄い原稿4でも高解像度な画像を読み取ることが可能となる。
また、物体4の光軸方向の高さが物体4の各位置において変化しており、物体4の一部が載置面3よりも高い位置にある場合(例えば、物体が見開き状態の厚みを有する本の場合)でも、物体4の高画質な画像を読み取ることができる。
つまり、換言すると、本実施形態に係る読取装置1は、小さい読取画角では被写界深度幅が十分大きいことを利用して、拡大側共役面6を載置面3に一致させずに、非一様に光軸方向に離間させるように、設計されている。
ここで、最大読取画角及び最小読取画角をそれぞれω1及びω2、載置面3から反射光学系11に含まれる反射光学素子のうち最も拡大側の反射光学素子までの結像光学系12の光軸に沿った距離をH、拡大側の最大読取画角ω1における被写界深度中心と最小読取画角ω2における被写界深度中心との間の結像光学系12の光軸の方向における距離をΔWとしたとき、本実施形態に係る読取装置1は、以下の条件式(1)を満たしている(図5参照)。
0<|ΔW/(H×(tanω1−tanω2))|≦0.2 ・・・(1)
0<|ΔW/(H×(tanω1−tanω2))|≦0.2 ・・・(1)
本実施形態に係る読取装置1では、条件式(1)を満たすように、拡大側共役面6を載置面3から離間させるように、読取装置1の各光学素子を配置することによって、物体4の高画質な画像を読み取ることができる。
もし、条件式(1)の上限値を超えてしまうと、読取領域全域にわたって十分なコントラスト値が得られず、物体4の高画質な画像を読み取ることが困難になる。
もし、条件式(1)の上限値を超えてしまうと、読取領域全域にわたって十分なコントラスト値が得られず、物体4の高画質な画像を読み取ることが困難になる。
図6は、本実施形態に係る読取装置1の光学系2の断面図を示している。
図6に示されているように、本実施形態に係る読取装置1の反射光学系11は、光路に沿って拡大側から順に、負のパワーを有する第1のミラー21、正のパワーを有する第2のミラー22、正のパワーを有する第3のミラー23を備えている。
また、結像光学系12は、共軸の複数のレンズから構成され、全体として正のパワーを有するレンズ群24、及び結像光学系12のF値を決定するための開口絞りAPを備えている。
また、結像光学系12は、共軸の複数のレンズから構成され、全体として正のパワーを有するレンズ群24、及び結像光学系12のF値を決定するための開口絞りAPを備えている。
また、第3のミラー(第1の反射光学素子)23の反射面は、撮像部25の光軸に対して回転対称な非球面形状で構成されている。
これは、本実施形態に係る読取装置1は、載置面3上の物体4の画像を斜め上方から読み取るため、読み取った画像に発生する歪みを光学的に補正するためである。
これは、本実施形態に係る読取装置1は、載置面3上の物体4の画像を斜め上方から読み取るため、読み取った画像に発生する歪みを光学的に補正するためである。
次に、本実施形態に係る読取装置1の光学系2の諸元値を以下の表1に示す。
表1
面番号i Ri Di Ndi νdi
1 -417.24 96.9
2 -303.96 -126.6
3 * 100.05 160.5
4 27.47 6.2 1.605 43.7
5 34.14 15
6 134.77 2.8 1.806 40.92
7 29.19 5.7
8 51.46 8.5 1.603 65.44
9 -25.17 1.6 1.697 55.53
10 -72.19 2.7
11 28.99 4.4 1.648 53.02
12 -3895.3 4
13 AP 0 5.9
14 -39.56 2.5 1.883 40.8
15 27.76 6.1 1.488 70.23
16 -22.7 17.8
17 132.02 7.5 1.606 43.7
18 -82.35 37.1
K C4 C6 C8 C10
面番号3 -0.9814 6.15E-08 4.16E-12 8.94E-17 -2.43E-20
fd 19.85
Fno 11
β 0.044
ω1 58゜
ω2 28゜
表1
面番号i Ri Di Ndi νdi
1 -417.24 96.9
2 -303.96 -126.6
3 * 100.05 160.5
4 27.47 6.2 1.605 43.7
5 34.14 15
6 134.77 2.8 1.806 40.92
7 29.19 5.7
8 51.46 8.5 1.603 65.44
9 -25.17 1.6 1.697 55.53
10 -72.19 2.7
11 28.99 4.4 1.648 53.02
12 -3895.3 4
13 AP 0 5.9
14 -39.56 2.5 1.883 40.8
15 27.76 6.1 1.488 70.23
16 -22.7 17.8
17 132.02 7.5 1.606 43.7
18 -82.35 37.1
K C4 C6 C8 C10
面番号3 -0.9814 6.15E-08 4.16E-12 8.94E-17 -2.43E-20
fd 19.85
Fno 11
β 0.044
ω1 58゜
ω2 28゜
なお、表1において、面番号iは、光学系2の光路に沿った拡大側からの光学面の順序を示し、Riは、第i面の曲率半径、Diは第i面と第i+1面との間の面間隔、Ndiは、d線における第i面と第i+1面との間の屈折率を示す。また、νdiは、NFiをF線における第i面と第i+1面との間の屈折率、NCiをC線における第i面と第i+1面との間の屈折率としたとき、以下の式(2)で表される値である。
νdi=(Ndi−1)/(NFi−NCi) ・・・(2)
νdi=(Ndi−1)/(NFi−NCi) ・・・(2)
また、面番号に「*」が付された光学面は、非球面を示しており、APと示された面は、開口絞りAPに対応する。
また、Kを離心率、Ci(i=1、2、3、…)を非球面係数、撮像部25の光軸に垂直な方向における光軸からの距離をrとするとき、非球面形状は、距離rにおける光軸方向の面位置をA(r)とすると、以下の式(3)で表される。
ここで、Rは近軸曲率半径であり、非球面係数において、「E−N」は「×10−N」を意味する。
また、fdは、結像光学系12の焦点距離、Fnoは、結像光学系12の縮小側Fナンバー、βは、結像光学系12の結像倍率を示している。
図7は、撮像部25の光軸と載置面3の中心とを含む第1の断面15で切った、本実施形態に係る読取装置1の断面図を示している。
本実施形態に係る読取装置1では、各光学素子の設計及び配置を工夫することによって、読取画角が小さくなるにつれて、拡大側共役面6の少なくとも一部が載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するようにしている。
すなわち、図7に示されているように、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて、共役線9の少なくとも一部が載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、載置面3に対して傾いた直線となる。
すなわち、図7に示されているように、読取装置1の読取画角が小さくなるにつれて、共役線9の少なくとも一部が載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、載置面3に対して傾いた直線となる。
本実施形態に係る読取装置1では、最大読取画角ω1及び最小読取画角ω2はそれぞれ、58°及び28°であり、載置面3から反射光学系11の最も拡大側の反射光学素子である第1のミラー21までの結像光学系12の光軸に沿った距離Hは、352mmである。
また、MTF−Defocusプロファイルにおいて最大コントラスト値の20%に対応する深度幅(被写界深度幅)の中央を被写界深度中心とする。このとき、拡大側の最大読取画角ω1における被写界深度中心と最小読取画角ω2における被写界深度中心との間の結像光学系12の光軸の方向における距離ΔWは、50mmとなる。
従って、本実施形態に係る読取装置1において、|ΔW/(H×(tanω1−tanω2))|=0.13となり、条件式(1)が満たされていることがわかる。
また、MTF−Defocusプロファイルにおいて最大コントラスト値の20%に対応する深度幅(被写界深度幅)の中央を被写界深度中心とする。このとき、拡大側の最大読取画角ω1における被写界深度中心と最小読取画角ω2における被写界深度中心との間の結像光学系12の光軸の方向における距離ΔWは、50mmとなる。
従って、本実施形態に係る読取装置1において、|ΔW/(H×(tanω1−tanω2))|=0.13となり、条件式(1)が満たされていることがわかる。
以上のことから、本実施形態に係る読取装置1では、物体4が、光軸方向の高さが物体4の各位置において変化している、例えば見開き状態の厚みを有する本であっても、又は薄く平坦な原稿であっても、物体4の高画質な画像を読み取ることができる。
[第二実施形態]
第二実施形態に係る読取装置26は、第一実施形態に係る読取装置1と同一の部材で構成されているため、同一の部材には同一の符番を付し、説明は省略する。
本実施形態に係る読取装置26では、第一実施形態に係る読取装置1とは異なり、光学系2により生じる像面湾曲を抑えると共に、縮小側共役面7に一致する撮像素子5の受光面を撮像部25の光軸に対して非垂直になるように撮像素子5を傾けている。それにより、拡大側共役面6の少なくとも一部が載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)離間するようにしている。
第二実施形態に係る読取装置26は、第一実施形態に係る読取装置1と同一の部材で構成されているため、同一の部材には同一の符番を付し、説明は省略する。
本実施形態に係る読取装置26では、第一実施形態に係る読取装置1とは異なり、光学系2により生じる像面湾曲を抑えると共に、縮小側共役面7に一致する撮像素子5の受光面を撮像部25の光軸に対して非垂直になるように撮像素子5を傾けている。それにより、拡大側共役面6の少なくとも一部が載置面3から光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)離間するようにしている。
図8は、本実施形態に係る読取装置26の光学系2の断面図を示している。
図8に示されているように、本実施形態に係る読取装置26の反射光学系11は、正のパワーを有する第1のミラー51を備えている。
また、結像光学系12は、共軸の複数のレンズから構成され、全体として正のパワーを有するレンズ群52、及び結像光学系12のF値を決定するための開口絞りAPを備えている。
また、結像光学系12は、共軸の複数のレンズから構成され、全体として正のパワーを有するレンズ群52、及び結像光学系12のF値を決定するための開口絞りAPを備えている。
また、第1のミラー(第1の反射光学素子)51の反射面は、撮像部25の光軸に対して回転非対称な非球面形状で構成されている。
これは、本実施形態に係る読取装置26は、載置面3上の物体4の画像を斜め上方から読み取るため、読み取った画像に発生する歪みを光学的に補正するためである。
また、第一実施形態に係る読取装置1とは異なり、光学性能をさらに上げるために、第1のミラー51を非球面形状の自由度を上げるように回転非対称にすることで、読取画角が超広角である場合でも、諸収差を良好に補正することができる。
これは、本実施形態に係る読取装置26は、載置面3上の物体4の画像を斜め上方から読み取るため、読み取った画像に発生する歪みを光学的に補正するためである。
また、第一実施形態に係る読取装置1とは異なり、光学性能をさらに上げるために、第1のミラー51を非球面形状の自由度を上げるように回転非対称にすることで、読取画角が超広角である場合でも、諸収差を良好に補正することができる。
次に、本実施形態に係る読取装置26の光学系2の諸元値を以下の表2に示す。
表2
面番号i Ri Di Ndi νdi
1 * 88.17 174.2
2 * -70.97 2.5 1.583 59.38
3 * 0.00 0.7
4 36.38 7.2 1.654 39.70
5 106.05 3.9
6 -101.38 3.8 1.762 40.10
7 68.64 4.9
8 -108.74 7.0 1.729 54.68
9 -47.81 1.9
10 85.46 6.2 1.595 67.74
11 -116.08 3.7 1.702 41.24
12 541.84 7.5
13 28.07 5.3 1.595 67.74
14 -131.71 2.7
15 AP 0 6.0
16 -25.88 2.3 1.883 40.76
17 221.73 6.7 1.595 67.74
18 -28.23 2.0
19 -49.15 2.9 1.816 46.62
20 -527.60 2.0
21 * -220.78 5.2 1.583 59.38
22 -39.74 0.7
23 63.10 8.5 1.497 81.54
24 -118.74 36.0
K C1 C4 C6 C8 C10 C12
面番号1 -9.28E-01 1.21E-03 -6.47E-08 9.17E-12 -4.54E-16 1.40E-20 0.00E+00
面番号2 -1.78E+00 0.00E+00 9.40E-07 -2.36E-09 8.53E-12 -2.77E-15 -1.10E-18
面番号3 0.00E+00 0.00E+00 -4.40E-08 -6.38E-10 8.29E-12 -7.90E-16 0.00E+00
面番号21 -3.87E+01 0.00E+00 -2.92E-06 -1.58E-08 3.63E-11 -8.77E-14 0.00E+00
fd 13.6
Fno 1
β 0.044
ω1 68゜
ω2 28゜
表2
面番号i Ri Di Ndi νdi
1 * 88.17 174.2
2 * -70.97 2.5 1.583 59.38
3 * 0.00 0.7
4 36.38 7.2 1.654 39.70
5 106.05 3.9
6 -101.38 3.8 1.762 40.10
7 68.64 4.9
8 -108.74 7.0 1.729 54.68
9 -47.81 1.9
10 85.46 6.2 1.595 67.74
11 -116.08 3.7 1.702 41.24
12 541.84 7.5
13 28.07 5.3 1.595 67.74
14 -131.71 2.7
15 AP 0 6.0
16 -25.88 2.3 1.883 40.76
17 221.73 6.7 1.595 67.74
18 -28.23 2.0
19 -49.15 2.9 1.816 46.62
20 -527.60 2.0
21 * -220.78 5.2 1.583 59.38
22 -39.74 0.7
23 63.10 8.5 1.497 81.54
24 -118.74 36.0
K C1 C4 C6 C8 C10 C12
面番号1 -9.28E-01 1.21E-03 -6.47E-08 9.17E-12 -4.54E-16 1.40E-20 0.00E+00
面番号2 -1.78E+00 0.00E+00 9.40E-07 -2.36E-09 8.53E-12 -2.77E-15 -1.10E-18
面番号3 0.00E+00 0.00E+00 -4.40E-08 -6.38E-10 8.29E-12 -7.90E-16 0.00E+00
面番号21 -3.87E+01 0.00E+00 -2.92E-06 -1.58E-08 3.63E-11 -8.77E-14 0.00E+00
fd 13.6
Fno 1
β 0.044
ω1 68゜
ω2 28゜
図9は、撮像部25の光軸と載置面3の中心とを含む第1の断面15で切った、本実施形態に係る読取装置26の断面図を示している。
図9に示されているように、本実施形態に係る読取装置26では、縮小側共役面7に一致する撮像素子5の受光面が撮像部25の光軸に対して非垂直になるように、撮像素子5を傾けている。それにより、結像光学系12の光軸方向における、拡大側共役面6の少なくとも一部の載置面3に対する離間量は、結像光学系12の光軸と載置面3の中心とを含む第1の断面15と拡大側共役面6との交線に沿って結像光学系12に近づくにつれて大きくなっている。そして、拡大側共役面6の少なくとも一部は、載置面3に対して角度をなす平面となっている。
本実施形態に係る読取装置26では、最大読取画角ω1及び最小読取画角ω2はそれぞれ、68°及び28°であり、載置面3から反射光学系11の最も拡大側の反射光学素子である第1のミラー51までの結像光学系12の光軸に沿った距離Hは、380mmである。
また、MTF−Defocusプロファイルにおいて最大コントラスト値の20%に対応する深度幅(被写界深度幅)の中央を被写界深度中心とする。このとき、拡大側の最大読取画角ω1における被写界深度中心と最小読取画角ω2における被写界深度中心との間の結像光学系12の光軸の方向における距離ΔWは、20mmとなる。
従って、本実施形態に係る読取装置26において、|ΔW/(H×(tanω1−tanω2))|=0.03となり、条件式(1)が満たされていることがわかる。
また、MTF−Defocusプロファイルにおいて最大コントラスト値の20%に対応する深度幅(被写界深度幅)の中央を被写界深度中心とする。このとき、拡大側の最大読取画角ω1における被写界深度中心と最小読取画角ω2における被写界深度中心との間の結像光学系12の光軸の方向における距離ΔWは、20mmとなる。
従って、本実施形態に係る読取装置26において、|ΔW/(H×(tanω1−tanω2))|=0.03となり、条件式(1)が満たされていることがわかる。
以上のことから、本実施形態に係る読取装置26では、物体4が、光軸方向の高さが物体4の各位置において変化している、例えば見開き状態の厚みを有する本であっても、又は薄く平坦な原稿であっても、物体4の高画質な画像を読み取ることができる。
なお、上記では、好ましい実施形態について説明したが、これらの実施形態に限定されず、要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、第一実施形態に係る読取装置1では、読取画角が小さくなるにつれて、拡大側共役面6の少なくとも一部が載置面3から撮像部25の光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、各光学素子を配置している。これに加えて、さらに、第二実施形態のように、縮小側共役面7と第1の断面15との交線に沿って撮像部25に近づくにつれて、拡大側共役面6の少なくとも一部が載置面3から撮像部25の光軸方向に沿って縮小側に(載置面3の上方に)より離間するように、撮像素子5の受光面が撮像部25の光軸に対して非垂直になるように撮像素子5を傾けたり、若しくは、電気的処理を加えても良い。
また、第一及び第二実施形態に係る読取装置では、反射光学系11、結像光学系12及び撮像素子5を用いて、物体4の画像読み取りを行っていた。しかしながら、これに限らず、結像光学系及び撮像素子のみを用いて物体の画像読み取りを行う読取装置にも上記構成を適用することができる。この場合、結像光学系及び撮像素子によって、物体を撮像する撮像部が構成される。
[第三実施形態]
図10は、第三実施形態に係る読取装置30の概略斜視図を示している。読取装置30は、投影部を備える読取装置(読取投影装置)である。
図10は、第三実施形態に係る読取装置30の概略斜視図を示している。読取装置30は、投影部を備える読取装置(読取投影装置)である。
読取装置30は、撮像光学系2、撮像素子5、画像を表示する表示素子32及び該画像を結像する(表示素子32からの光束を集光する)投影光学系31を格納しているハウジング20及び物体4が載置される載置台10を備えている。
撮像光学系2は、上記の第一実施形態もしくは第二実施形態に係る読取装置に搭載されている光学系2と同一のものである。すなわち、撮像光学系2は、反射光学系及び結像光学系から構成される。
撮像光学系2は、上記の第一実施形態もしくは第二実施形態に係る読取装置に搭載されている光学系2と同一のものである。すなわち、撮像光学系2は、反射光学系及び結像光学系から構成される。
読取装置30では、撮像光学系2及び撮像素子5によって、物体4を撮像する撮像部25が構成される。
また、投影光学系31及び表示素子32によって、投影面36に画像を投影する投影部35が構成される。
なお、読取装置30では、載置面3と投影面36とは互いに同一の面となっているが、互いに異なる面でも構わない。
また、投影光学系31及び表示素子32によって、投影面36に画像を投影する投影部35が構成される。
なお、読取装置30では、載置面3と投影面36とは互いに同一の面となっているが、互いに異なる面でも構わない。
読取装置30では、ユーザーは、物体4の種類に応じて読取モードを選択することが可能となっている。
例えば、物体4が原稿のような平面状である場合は、『平面原稿撮影モード』、物体4が高さのある立体物であれば、『立体物撮影モード』を選択することができる。
例えば、物体4が原稿のような平面状である場合は、『平面原稿撮影モード』、物体4が高さのある立体物であれば、『立体物撮影モード』を選択することができる。
読取装置30では、第一実施形態もしくは第二実施形態に係る読取装置に用いられている撮像部25を採用しているため、拡大側共役面の少なくとも一部は、載置面3に対して非平行であり且つ縮小側にある。
また、上述のように、読取画角が小さい方が被写界深度幅を十分に確保することができる。
また、上述のように、読取画角が小さい方が被写界深度幅を十分に確保することができる。
そこで、読取装置30では、『立体物撮影モード』が選択された際には、載置面3上の読取画角が小さい側に被写体載置範囲33を表示させている。それに従って、ユーザーは、被写界深度幅が十分に確保されている位置に物体4を配置することによって、物体4のより高画質な画像を読み取ることができる。
また、読取装置30の不図示の記憶部に読取画角と被写界深度幅との関係を記憶させておき、ユーザーに物体4の高さ情報を入力させることによって、不図示の算出部が、必要十分な被写体載置範囲33を算出し、投影部35が載置面3上に算出された被写体載置範囲33を表示することも可能である。
1 読取装置
3 載置面
4 物体
5 撮像素子
6 拡大側共役面
10 載置台
12 結像光学系
3 載置面
4 物体
5 撮像素子
6 拡大側共役面
10 載置台
12 結像光学系
Claims (11)
- 物体が載置される載置面を有する載置台と、
前記物体からの光束を集光する結像光学系と、
該結像光学系からの光束を受光する撮像素子とを備え、
前記結像光学系の拡大側共役面の少なくとも一部は、前記載置面に対して非平行であり且つ縮小側にあることを特徴とする読取装置。 - 前記結像光学系の光軸方向における、前記拡大側共役面の少なくとも一部の前記載置面に対する離間量は、前記読取装置の読取画角が小さくなるにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項1に記載の読取装置。
- 前記結像光学系の光軸方向における、前記拡大側共役面の少なくとも一部の前記載置面に対する離間量は、前記結像光学系の光軸と前記載置面の中心とを含む第1の断面と前記拡大側共役面との交線に沿って前記結像光学系に近づくにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項1に記載の読取装置。
- 前記拡大側共役面の少なくとも一部は、前記載置面に対して角度をなす平面であることを特徴とする請求項3に記載の読取装置。
- 前記撮像素子の受光面は、前記結像光学系の光軸に対して非垂直であることを特徴とする請求項3又は4に記載の読取装置。
- 前記物体からの光束を前記結像光学系に向けて反射する少なくとも一つの反射光学素子を備え、該少なくとも一つの反射光学素子のうちの第1の反射光学素子は、非球面形状の反射面を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の読取装置。
- 最大読取画角及び最小読取画角をそれぞれω1及びω2、前記載置面から前記少なくとも一つの反射光学素子のうち最も拡大側の反射光学素子までの前記結像光学系の光軸に沿った距離をH、前記最大読取画角ω1における被写界深度中心と前記最小読取画角ω2における被写界深度中心との間の前記光軸の方向における距離をΔWとしたとき、
0<|ΔW/(H×(tanω1−tanω2))|≦0.2
を満たすことを特徴とする、請求項6に記載の読取装置。 - 前記反射面は、前記結像光学系の光軸に対して回転対称な非球面であることを特徴とする請求項6又は7に記載の読取装置。
- 前記反射面は、前記結像光学系の光軸に対して回転非対称な非球面であることを特徴とする請求項6又は7に記載の読取装置。
- 画像を投影する投影部を備え、
立体物撮影モードが選択された際に、該投影部は、前記載置面上に前記物体の載置範囲を投影することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の読取装置。 - 前記載置範囲は、前記物体の高さ情報から算出されることを特徴とする請求項10に記載の読取装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US15/702,029 US20180075314A1 (en) | 2016-09-13 | 2017-09-12 | Reading apparatus and image reading and displaying apparatus using same |
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---|---|---|---|
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Publications (1)
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017157775A Pending JP2018046555A (ja) | 2016-09-13 | 2017-08-18 | 読取装置 |
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Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022026135A (ja) * | 2020-07-30 | 2022-02-10 | 富士フイルム株式会社 | 撮像装置、及び光学装置 |
-
2017
- 2017-08-18 JP JP2017157775A patent/JP2018046555A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022026135A (ja) * | 2020-07-30 | 2022-02-10 | 富士フイルム株式会社 | 撮像装置、及び光学装置 |
JP7285235B2 (ja) | 2020-07-30 | 2023-06-01 | 富士フイルム株式会社 | 撮像装置、及び光学装置 |
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