JP3521303B2 - 光学走査装置 - Google Patents
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Description
的に走査することにより、その読取対象物に対応する画
像を読み取る画像読取機能を備えたファクシミリや複写
機等の光学走査装置に関するものである。
力する複写機(コピー機)等の画像読取装置において
は、単一或いは複数の異なった波長の光源からの光ビー
ムを、回転多面鏡(ポリゴンミラー)や、振動鏡(ガル
バノミラー)や、回折効果を用いたホログラムディスク
や、光導波路中の屈折率を音響光学的或いは磁気光学的
に変化させて光を偏向させる固体偏向素子等を使用し
て、偏向走査により印刷原稿等の読取対象物に照射し、
その光ビームの読取対象物からの反射光をフォトダイオ
ード(PD)等の受光素子によって受光し、この受光素
子からの受光信号に基づいて、光ビームが照射された読
取対象物に対応する画像情報を得ていた。
来の複写機等においては、例えば、特開平8−2655
19号公報に示されるように、読み取り対象物からの反
射光を複数の受光手段により受光し、読み取り対象物に
対応する画像情報を得ているため、異なった受光手段か
ら同時に信号を得た際、信号波形が一様でなくリップル
が発生して、信号品質の低下を招いていた。そのため、
本出願人は、特開平9−147083号公報に示される
ように、走査位置及び受光手段の特性(配置位置等)に
依存せずに鮮明な画像が得られる光ビーム補正方法及び
その装置を提案している。しかし、特に、信号品質を改
善するために、受光手段に集光用の検出レンズを配置し
た場合、図11あるいは図12に示されるように、反射
光が検出器から外れる状態での信号変化が急峻なため、
受光手段同士の信号の重ね合わせ領域で、信号波形に大
きなリップルが生じ、補正が困難な場合があった。
するためになされたものであり、読み取り対象物を走査
する位置に関係なく、正確、且つ鮮明に画像情報を得る
ことができる光学走査装置を提供することを目的とす
る。
に、本発明の請求項1に記載の光学走査装置は、光源か
ら出射され、偏向走査されて読み取り対象物に照射され
た光ビームの前記読み取り対象物からの反射光を複数の
受光手段により受光し、前記読み取り対象物に対応する
画像情報を得るものを対象として、特に、前記複数の受
光手段は、前記反射光の画像情報を検出するための検出
手段と、その検出手段における前記反射光のビーム径
を、
た結像手段とから構成され、前記結像手段は、主平面が
その面頂とほぼ一致する光学素子であることを特徴とす
る。
記載の光学走査装置によれば、前記検出手段は、前記読
み取り対象物からの反射光の画像情報を検出する。そし
て、前記結像手段は、前記検出手段における前記反射光
のビーム径を、数式1で表されるビーム径w0より大き
くする。
る光学素子である結像手段は、同等の焦点距離の球面で
構成される光学素子より、バックフォーカスが長くな
る。
の信号変化が緩和され、受光手段同士の間隔が理想状態
からずれても、信号波形にリップルは発生せず、安価な
回路で高精度に補正が可能となり、さらに、効率よく反
射光を受光でき、しかも、読み取り対象物を走査する位
置に関係なく、正確、且つ鮮明な画像情報を得ることが
できる。
特に、前記光学素子が、フレネルレンズであることを特
徴とする。
記載の光学走査装置によれば、プラスチック材料を用い
て主平面がその面頂とほぼ一致する光学素子が実現で
き、大量生産に適した射出成形で生産される。よって、
安価な構成で高品位な信号が得られる。
特に、前記光学素子が、ホログラムレンズであることを
特徴とする。
記載の光学走査装置によれば、プラスチック基板にレジ
ストを用いて、主平面がその面頂とほぼ一致する光学素
子が実現でき、大量生産に適した複製方式の一つである
フォトポリマーを用いた所謂2P法で生産される。よっ
て、安価な構成で高品位な信号が得られる。
特に、前記検出手段が、前記結像手段に対して前記読み
取り対象物と共役でない位置に配置されていることを特
徴とする。
記載の光学走査装置によれば、検出手段は、結像手段に
対して読み取り対象物と共役でない位置に配置され、回
折限界より大きなビーム径で反射光の画像情報を検出す
る。よって、安価な構成で正確、且つ鮮明な画像情報を
得ることができる。
前記検出手段が、前記結像手段に対して前記読み取り対
象物と共役な位置よりも前記結像手段寄りの位置に配置
されていることを特徴とする。
記載の光学走査装置によれば、検出手段は、結像手段に
対して読み取り対象物と共役な位置より結像手段寄りの
位置に配置され、広い走査位置からの反射光の画像情報
を検出することができる。よって、検出手段の検出面を
有効に利用でき、装置の小型化を実現することができ
る。
前記結像手段が、前記検出手段における前記反射光のビ
ーム径を、
出手段は、前記ビーム径w1よりも大きな検出面を有す
ることを特徴とする。
記載の光学走査装置によれば、検出手段は、反射光を十
分大きな検出面で検出する。よって、読み取り対象物か
らの反射光を効率よく検出でき、安価な構成で高品位な
信号が得られるため、正確、且つ鮮明な画像情報を得る
ことができる。
は、前記検出手段が、前記結像手段に対して前記読み取
り対象物と共役な位置に配置され、前記結像手段は、波
面収差が波長の1/14よりも大きくなるように構成されて
いることを特徴とする。
記載の光学走査装置によれば、検出手段は、読み取り対
象物と共役な位置に配置され、読み取り対象物からの反
射光の画像情報を検出する。そして、結像手段は、波長
の1/14よりも大きな波面収差を発生するので、読み取り
対象物からの反射光の前記検出手段におけるビーム径
を、数式2で表されるビーム径w0より大きくする。よ
って、安価な構成部品を使用することで、反射光が検出
器から外れる状態での信号変化が緩和され、受光手段同
士の間隔が理想状態からずれても、信号波形にリップル
は発生せず、安価な回路で高精度に補正が可能となり、
読み取り対象物を走査する位置に関係なく、正確、且つ
鮮明な画像情報を得ることができる。
具体化した第1の実施の形態について、図1乃至図6を
参照して説明する。
画像読取系における光学系と画像記録系における光学系
を共通化した複写機に適用した装置構成について、図1
及び図2を用いて説明する。
における光学走査装置Sの画像読取系は、光源としての
半導体レーザ1と、半導体レーザ1からの光ビームLを
偏向走査するためのポリゴンミラー2と、ポリゴンミラ
ー2によって偏向走査された光ビームLを集光するため
の結像レンズ3と、結像レンズ3によって集光された光
ビームLを読み取り対象物としての原稿6、または後述
する感光体20に択一的に選択照射するための反射ミラ
ー4と、原稿6を載置し、この原稿6を送り出すための
原稿搬送部10と、反射ミラー4によって原稿6を照射
し、原稿6からの反射光を受光して原稿6を読み取るた
めの受光手段としての三つの受光部71,72,73
と、装置全体を制御する制御部30とを備えて構成され
る。
PU31によって光ビームLを射出、又は、射出を停止
するように制御され、図2において、前記ポリゴンミラ
ー2の背面に設置されている。反射ミラー4は、前記ポ
リゴンミラー2及び結像レンズ3を結ぶ光路上に配置さ
れており、図示しないモータによって、図中矢印方向に
回動可能に構成されている。
6を挟持して送り出すための二組のローラ5とにより構
成されている。この原稿台9には、反射ミラー4によっ
て反射された光ビームLを原稿6に直接照射させるため
の開口部40が設けられている。
は、検出手段であるフォトダイオード(PD)7a,7
b,7c、及び結像手段である検出レンズ7A,7B,
7Cで構成されており、それぞれが対になって一つの受
光部を形成している。各受光部は、反射ミラー4に対し
て原稿搬送部10側に、原稿6の走査方向とは平行で搬
送方向とは垂直な方向に、等間隔に設置されている。ま
た、各フォトダイオード7a,7b,7cは、後述する
受光素子駆動回路32に接続されている。
ド7a,7b,7cで検出された受光信号を合成するた
めの受光信号駆動回路32と、その合成された受光信号
を一時的に記憶するRAM34と、装置全体を制御する
ための制御プログラムを記憶するROM33と、前記各
構成要素を制御するためのCPU31とから構成されて
いる。
は、半導体レーザ1と、ポリゴンミラー2と、結像レン
ズ3と、反射ミラー4と、光ビームLを照射することに
より静電潜像を形成する感光体20とにより構成されて
いる。ここで、感光体20は、光ビームLが一ライン走
査する毎に、所定量回転するようにCPU31によって
制御される。
路長Aと、反射ミラー4から感光体20までの光路長B
とが等しく設定されているため、原稿6の走査範囲と感
光体20の走査範囲とがほぼ等しくなり、読み取られた
原稿6と同一の大きさで感光体20に容易に複写記録で
きる。
Sの動作について、図1乃至図6を用いて説明する。
は、反射ミラー4を図2の破線で示した位置に図示しな
いモータによって回動させる。次に、CPU31は、原
稿6の読み取り終了位置が完全に開口部40を通過する
まで、半導体レーザ1から光ビームLを射出させる。そ
して、射出された光ビームLは、ポリゴンミラー2に照
射され、そのポリゴンミラー2が一定速度で回転するこ
とにより、偏向走査される。その後、偏向走査された光
ビームLは、結像レンズ3により集光され、反射ミラー
4に照射される。反射ミラー4に到達した光ビームL
は、その反射ミラー4によって原稿台9の開口部40に
指向され、開口部40を覆って載置されている原稿6に
到達する。
特開平9−147083号公報に記載の光走査装置で
は、光ビーム補正動作として、前記光ビームLを強度変
調している。より具体的には、この変調は、図1に示す
ように、原稿6の走査範囲外に配置され、前記1回の偏
向走査の度に光ビームLが入射されるフォトダイオード
等の検出器8からの出力に基づき、その検出器8が光ビ
ームLを検出した時刻からの経過時間(走査時間)をC
PU31において検出することによって、それぞれの経
過時間(原稿6上の走査位置に対応する)における光ビ
ームLの強度を、予めRAM32に記憶させた補正情報
に基づいて変化させることにより実行される。
た光ビームLは、原稿6で反射してその反射光が装置本
体内に戻る。このとき、原稿6に文字等の画像が形成さ
れている部分からの反射光は、その画像を形成するイン
クやトナー等のため、照射された光ビームLの一部が吸
収されて反射光としての強度が低下する。これに対し、
原稿6の画像が形成されていない部分では、光ビームL
が吸収されにくいため、その反射光は画像が形成されて
いない部分より十分大きな強度を持つ。このいずれかの
反射光が検出レンズ7A,7B,7Cで集光され、フォ
トダイオード7a,7b,7cに照射され、夫々受光信
号が生成され、その夫々の受光信号が受光素子駆動回路
32によって合成され、その合成信号を原稿6の光ビー
ムLが照射された位置でのその原稿6からの画像情報と
して、CPU31を介してRAM34に記憶する。ここ
で記憶された画像は、上述の光ビーム補正動作に基づい
て強度が補正された光ビームLによって形成された画像
であるので、複数の信号が重ね合った合成波形であって
も、原稿の濃度に応じたほぼ一定の(シェーディングの
ない)画像信号が得られる。
に示すように、フォトダイオードの高速応答性を確保す
るため受光面積を小さくし、原稿からの反射光を効率よ
くフォトダイオードに入射させるために、検出レンズ7
A,7B,7Cを原稿6とフォトダイオード7a,7
b,7cの間にそれぞれ配置している。そのため、原稿
6を例えば図中上から下に光ビームLが走査するのに伴
い、反射光は微小スポットとして順次フォトダイオード
7aから7cに向かって、それぞれの検出面を下から上
に走査する。その際、フォトダイオードの検出境界部で
は信号が急激に変化して、合成波形にリップルが発生す
る。例えば、検出レンズが回折限界系であり、原稿に照
射されるスポットが十分小さいとすると、フォトダイオ
ード上での反射光のビーム径は、
稿6からの反射光は、回折限界系のフレネルレンズであ
る検出レンズ7Aによりビーム径w0として、破線位置
に結像している。この場合、前記光ビーム補正動作を実
施しても、完全にはシェーディングのない波形に補正す
ることは困難である。25mmピッチで配置された3mm角
のフォトダイオードに、結像倍率β=−0.11となる
検出レンズを配置した受光部での、光ビーム補正動作前
の合成信号波形を図5に示す。原稿6を全面白色の無地
として、光ビームLが原稿6の走査位置0から50mmを
走査するに従って、順次フォトダイオード7aから7c
に向かって反射光が走査されていく。
オードPD7a,PD7b,PD7cを配置した時、得
られる信号と、合成した信号とを示している。フォトダ
イオードの検出境界部を反射光が走査する領域が重なる
ように、隣接するフォトダイオードのピッチを定めてい
る。反射光のフォトダイオードでのビーム径はφ0.4
4mmであり、隣接するフォトダイオードに同時に検出さ
れている状態が、原稿で4mmの幅に相当することが分か
る。信号波形に、同時検出となる状態変化に伴って急激
なレベルの変動(リップル)が発生している様子が観測
される。このリップルの傾きは、反射光のビーム径に比
例する。即ち、反射光のビーム径を回折限界より大きく
することで、フォトダイオードの検出境界部での信号が
なだらかに変化して、合成波形にリップルが発生しな
い。
ように、波線位置よりも検出レンズ7A寄りの位置にフ
ォトダイオード7aが配置されている。
での反射光のビーム径は、
検出レンズに対して原稿(物点)と共役な位置(像点)
からの変位量である。この変位方向は、図3から容易に
推測されるように、像点より上流である検出レンズに近
い側とすべきであり、決まった面積のフォトダイオード
でより広い原稿の走査幅に対して信号が検出され、有効
に利用できる。
5mm,de=1.5mmとしたときの、光ビーム補正動作
前の合成信号波形である。反射光のビーム径はφ1.3
5mmであり、フォトダイオードの境界部をビームが横切
る原稿対応幅は、横倍率から17mmとなる。隣接するフ
ォトダイオードで合成した波形は、互いにピーク強度の
半値で重なるよう配置すると、3mm角のフォトダイオー
ドを30mmピッチで配置することになる。従って、図1
1と比べて、急激なレベル変動が生じていないことが分
かる。
いというわけではなく、検出器の幅より大きい場合は、
常に検出器でビームがけられる状態となり、信号強度が
減少し信号品質が悪化するため、検出器と同等の大きさ
が最大のビーム径の目安となる。ここで、ビーム径を最
適に設定することで、前述した光ビーム補正動作を不要
とすることもできる。
ることで、リップルが減少する利点の他に、受光部の設
置精度が緩和される利点もある。図12は、図11の配
置で隣接する受光部の間隔を1mm離した状態での、光ビ
ーム補正動作前の合成信号波形を示している。同様に、
図6は、図5の配置で隣接する受光部の間隔を1mm離し
た状態での、光ビーム補正動作前の合成信号波形を示し
ている。受光部の間隔変動に伴う重なり中心部での強度
変動は、図12がピークの28%となるのに対して、図
6では8%と緩和されている。
第2の実施の形態について図7を参照して説明する。な
お、説明の都合上、第1の実施の形態の図3を引用して
説明する。
を、画像読取系における光学系と画像記録系における光
学系とを共通化した複写機に適用した装置構成について
説明する。
の反射光を受光して原稿6を読み取るための受光手段と
しての三つの受光部71,72,73が、符号81,8
2,83で示した受光部となることであるため、その
他、第1の実施の形態と共通の装置構成については説明
を援用し省略する。図3は、第2の実施の形態における
本発明の光学走査装置の受光手段である受光部の構成図
を示している。三つの受光部81,82,83は、検出
手段であるフォトダイオード8a,8b,8c、及び結
像手段である検出レンズ8A,8B,8Cで構成されて
おり、それぞれが対になって一つの受光部を形成してい
る。各受光部は、検出レンズに対して原稿と共役な位置
に配置されている。この一つの受光部81を詳細に示し
た構成図が、図7である。焦点距離fの検出レンズ8A
に対して、原稿6とフォトダイオード8aの位置関係
は、
sの動作について説明する。
の動作以外の、第1の実施の形態と共通の動作について
は説明を援用し省略する。
ズ8A,8B,8Cで集光され、フォトダイオード8
a,8b,8cに照射される。そこで夫々受光信号が生
成され、その夫々の受光信号が受光素子駆動回路32に
よって合成される。その合成信号を、原稿6の光ビーム
Lが照射された位置でのその原稿6からの画像情報とし
て、CPU31を介してRAM34に記憶する。その
際、図3から分かるように、原稿を図中上から下に光ビ
ームLが走査するのに伴い、反射光は微小スポットとし
て順次フォトダイオードの検出面を下から上に走査す
る。
限界系であると、フォトダイオード上での反射光のビー
ム径は、数式1で示される回折限界ビーム径w0とな
る。一般に、回折限界系と呼ばれるレンズ系は、波面収
差量の標準偏差(rms)が波長の1/14以下であり、こ
の基準をレイリーリミットという。即ち、検出レンズの
波面収差量を波長の1/14より大きくすれば、反射光のビ
ーム径はw0より大きな値になり、フォトダイオードの
検出境界部での信号がなだらかに変化して、合成波形に
リップルが発生しないのである。
の1/14より大きくするには、例えば、球面で構成される
フレネルレンズを用いることで実現できる。即ち、幾何
光学的収差である、球面収差やコマ収差等を発生するレ
ンズを用いればよい。この場合、回折限界系のレンズよ
り安価に構成できる。
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲において、種々の変更を加えることができる。
ズとしてフレネルレンズを用いたが、通常用いられる球
面レンズを用いて同等の焦点距離を構成すると、図8に
示したようになる。即ち、物体側NAを大きくして原稿
6からの反射光を効率よく検出するため、検出レンズの
焦点距離を出来るだけ小さくするには、通常の球面で構
成されるレンズでは、ボールレンズになってしまう。し
かし、主平面が面頂から潜り込んでおり、バックフォー
カスが短く、表面保護部を有した検出器をバックフォー
カス以上に検出レンズに近づけられないため、前出のデ
フォーカス量deに制限が生じる。従って、検出レンズ
として用いる光学素子は、主平面がその面頂とほぼ一致
する、図9に示されるフレネルレンズが適している。生
産性の点でも、プラスチックの射出成形法が利用でき、
安価に作製できる。
して、図10に示したホログラムレンズも考えられる。
回折効果を利用しているため、回折効率の分、利用効率
は低下するが、パターンを容易に最適化出来る利点があ
る。また、製造時には量産性に優れた前記2P法が利用
でき、安価に製作できる。
導体レーザを使用しているが、指向性を持って光束を放
射するレーザであればよく、YAG(Yttrium Aluminum
Garnet)レーザ等の固体レーザであってもよい。
に非線形光学素子を備えたものであってもよい。この場
合、赤色で印字された原稿も容易に読み取ることができ
る。その他、複写機、ファックス、イメージスキャナ
等、光学的に画像を読み取る装置に対して広く適用する
ことが可能である。
本発明の請求項1に記載の光学走査装置によれば、前記
複数の受光手段は、前記反射光の画像情報を検出するた
めの検出手段と、その検出手段における前記反射光のビ
ーム径を、数式1で表されるビーム径w0より大きくす
るように構成された結像手段と、前記結像手段は、主平
面がその面頂とほぼ一致する光学素子から構成されてい
るので、反射光が検出器から外れる状態での信号変化が
緩和され、受光手段同士の間隔が理想状態からずれて
も、信号波形にリップルは発生せず、安価な回路で高精
度に補正が可能となり、読み取り対象物を走査する位置
に関係なく、正確、且つ鮮明な画像情報を得ることがで
きる。
れば、特に、前記光学素子が、フレネルレンズであるの
で、安価な構成で高品位な信号が得られる。
れば、特に、前記光学素子が、ホログラムレンズである
ので、安価な構成で高品位な信号が得られる。
れば、特に、前記検出手段が、前記結像手段に対して前
記読み取り対象物と共役でない位置に配置されているの
で、安価な構成で高品位な信号が得られ、さらに、正
確、且つ鮮明な画像情報を得ることができる。
れば、特に、前記検出手段が、前記結像手段に対して前
記読み取り対象物と共役な位置よりも前記結像手段寄り
の位置に配置されているので、検出手段の検出面を有効
に利用でき、装置の小型化を実現することができる。
れば、特に、前記結像手段が、前記検出手段における前
記反射光のビーム径を、数式2で表されるビーム径w1
とするように構成され、前記検出手段は、前記ビーム径
w1よりも大きな検出面を有するので、読み取り対象物
からの反射光を効率よく検出でき、安価な構成で高品位
な信号が得られるため、正確、且つ鮮明な画像情報を得
ることができる。
よれば、特に、前記検出手段が、前記結像手段に対して
前記読み取り対象物と共役な位置に配置され、前記結像
手段は、波面収差が波長の1/14よりも大きくなるように
構成されているので、安価な構成部品を使用すること
で、反射光が検出器から外れる状態での信号変化が緩和
され、受光手段同士の間隔が理想状態からずれても、信
号波形にリップルは発生せず、安価な回路で高精度に補
正が可能となり、読み取り対象物を走査する位置に関係
なく、正確、且つ鮮明な画像情報を得ることができる。
構成を示す概略構成図である。
写機の概略構成を示す概略構成図である。
明図である。
明図である。
の例を示すグラフである。
の例を示すグラフである。
明する説明図である。
明する説明図である。
である。
第1の例を示すグラフである。
第2の例を示すグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】 光源から出射され、偏向走査されて読み
取り対象物に照射された光ビームの前記読み取り対象物
からの反射光を複数の受光手段により受光し、前記読み
取り対象物に対応する画像情報を得る光学走査装置にお
いて、 前記複数の受光手段は、 前記反射光の画像情報を検出するための検出手段と、 その検出手段における前記反射光のビーム径を、 【数1】 λ:波長 W:結像手段の射出瞳径 l2:像点位置 で表されるビーム径w0より大きくするように構成され
た結像手段とから構成され、 前記結像手段は、主平面がその面頂とほぼ一致する光学
素子であることを特徴とする光学走査装置。 - 【請求項2】 前記光学素子は、フレネルレンズである
ことを特徴とする請求項1に記載の光学走査装置。 - 【請求項3】 前記光学素子は、ホログラムレンズであ
ることを特徴とする請求項1に記載の光学走査装置。 - 【請求項4】 前記検出手段は、前記結像手段に対して
前記読み取り対象物と共役でない位置に配置されたこと
を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光学走
査装置。 - 【請求項5】 前記検出手段は、前記結像手段に対して
前記読み取り対象物と共役な位置よりも前記結像手段寄
りの位置に配置されたことを特徴とする請求項4に記載
の光学走査装置。 - 【請求項6】 前記結像手段は、 前記検出手段における前記反射光のビーム径を、 【数2】 f:結像手段の焦点距離 l1:物点位置 de:デフォーカス量 で表されるビーム径w1とするように構成され、 前記検出手段は、前記ビーム径w1よりも大きな検出面
を有することを特徴とする請求項5に記載の光学走査装
置。 - 【請求項7】 前記検出手段は、前記結像手段に対して
前記読み取り対象物と共役な位置に配置され、 前記結像手段は、波面収差が波長の1/14よりも大きくな
るように構成されていることを特徴とする請求項1乃至
3のいずれかに記載の光学走査装置。
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JP29996497A JP3521303B2 (ja) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | 光学走査装置 |
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DE4321180A1 (de) * | 1993-06-25 | 1995-01-05 | Heidelberger Druckmasch Ag | Verfahren und Anordnung zur Synchronisation der Bildaufnahme mit photosensitiven Zeilensensoren |
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1998
- 1998-10-16 US US09/174,096 patent/US6026201A/en not_active Expired - Lifetime
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