JP4243533B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、スキャナ、画像入力装置、複写機などに用いられ、原稿に記録された画像を読み取り、その画像を表す電気信号を取得する画像読取装置に関する。

従来、原稿に記録された画像を読み取り電気信号を取得し、取得した電気信号を所定形式の電子データに変換する場合や、原稿に記録された画像を読み取り、その複写画像を作成する際には、画像読取装置を用いて原稿に記録された画像を表す電気信号を取得している。

その場合、原稿の読取面をフラットなプラテンガラスに向けて載置し、プラテンガラスの下方一定の離隔距離を隔てて移動する光源から光を照射し、読取面から反射する反射光による等倍の正立像を固体撮像素子の受光面に結像させて電気信号を得るか、あるいは原稿を自動送出装置に載置して１枚ずつ繰り出すとともに、所定位置に固定された光源から照射される光の反射光により、通過する原稿に記録された画像を表わす電気信号を取得するのが一般的である。

また、複写画像の作成においては、高精細な原稿に忠実な画像を再現したいという要請から、原稿を高解像度で正確に読み取る必要がある。

しかしながら、複数頁の原稿が綴じ込まれた書籍に記録された画像を読み取り電気信号を取得する場合には、その書籍を裏返しにして、プラテンガラスに読取面を密着させて等倍の正立像を固体撮像素子の受光面に結像させる必要がある。また、複数頁にわたる読み取りを行う場合には一々ページをめくった後に、読取面を裏返す必要があることから、読み取り効率が悪い上、書籍をいためる恐れがある。さらに、厚手の書籍については、プラテンガラスに強く押し付けても、読み取りが難しく、取得した電気信号によって再現された、複写画像は、綴じ込み部分付近全体が黒くなったり、画像が歪み、見難いという問題がある。

そこで、原稿の読み取り面を上向きにしたまま読み取る方法が提案されている。

例えば、２次元ＣＣＤなどのエリアセンサを首振り自在に装着し、読取対象となる原稿面を複数の領域に分割して撮影し、分割撮影画像を接合することにより原稿全体の画像を得るものが知られている。しかし、原稿面を接写したときに、撮影画像全体を合焦させることは不可能であることから、原稿面を複数の領域に分割する一方、結像光学系と原画像との位置関係に基づいて、分割された各領域のうち、合焦された使用可能領域をもとめ、撮影画像からその使用可能領域を切り出して貼り合わせることにより接合精度を高め良好な画質を確保する提案がなされている（特許文献１参照）。

また、原稿を上向きにして撮影する画像読取装置において、読取領域の指定により切り出した画像を変倍したり、レイアウト変更して貼り合わせた場合のイメージの確認を可能にするため、切り出し領域を外部装置に出力できるようにしたものがある（特許文献２参照）。

さらに、電子カメラを用いて距離が異なる複数の被写体を撮影する場合に、フィルムの結像面上の光軸と撮像レンズの光軸とをずらす、いわゆるあおり補正を行うことによりピント合わせを行う方法があり、その場合にあおり補正を電子的に行うことなどにより、撮像範囲のどの部分が合焦しているかを画像データの処理により確認することができるようにしたものがある（特許文献３参照）。
特開平１０−２１０２７２号公報 特開平１０−３２７３１２号公報 特開２０００−１３６６５号公報

上述したように、原稿面を上向きにして読み取る場合には、一般に、エリアセンサを用いるか、あるいはエリアセンサが内蔵された電子カメラを用いる方法が採用されている。

エリアセンサは、リニアセンサに比べて１ラインの画素数をそれほど多くすることができないことから、数十万画素から数百万画素のものが多用されている。そのため、撮影領域が小さいときは高い解像度が得られる一方、撮影領域を広げると、画素の荒さが目立ち、たとえ電子的にデータ補完を行なっても解像度を向上させることができない。そこで、原稿面を適度なサイズに区分し、所定の解像度を得るとともに、区分された領域相互を貼り合わせて所定の解像度を確保する必要がある。
したがって、特許文献１や特許文献２に開示された方法では、エリアセンサが使用されるため解像度がそれほどよくない上、領域分割して撮影された区分領域を貼り合せる際にソフトウエアが必要となるため、その処理に時間がかかるという難点がある。また、特許文献２に開示された方法は、原稿を載せる台や読取面を俯瞰する装置が必要であり、机の上に装置を載せて原稿を読み取るには、装置全体のサイズが大きすぎるという難点がある。さらに、特許文献３に開示された技術を用いれば、装置全体を小型化することができるが、この技術により、読取面を分割し、各領域を順次合焦させて撮影したとしても、撮影の都度得られた画像データをソフトウエア処理により貼り合せる処理は残るので、その処理に時間がかかる上、貼り合わせることにより生じる画質劣化要因を完全には排除することができない。

本発明は上記事情に鑑み、リニアセンサを用いることにより画像読取時の解像度を高めるとともに、読取面を領域区分することなく読み取ることにより、貼り合せる際に必要なソフトウエア処理を不要にして読み取り時間の短縮を図り、かつ机上に載せたまま原稿を読み取ることが可能で、持ち運びが容易な画像読取装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の画像読取装置は、原稿に照射される読取光により、該原稿に記録された画像の合焦した光像を固体撮像素子で撮像して該画像を表す電気信号を取得する画像読取装置であって、
上部に窓部を有し、上向きの原稿の読取面に垂直な壁面を備えた筐体と、
上記筐体に収容され、
上記読取面に水平に軸着され、上記壁面の幅方向に延びる狭幅の読取光を上記窓部から斜下方向に出射し、該読取面に照射される該読取光を該壁面の幅方向と交わる走査方向に走査する読取光源、
上記読取光に平行な回転軸に軸支され、上記読取面で反射し、上記窓部から入射する該読取光を反射することにより該壁面の下方向に向ける回転ミラー、
上記壁面の上下方向に移動して上記回転ミラーで反射した上記読取光を所定位置で反射し、上記読取面の上記走査方向各位置で反射した該読取光による光像の歪みを矯正する非球面ミラー、
繰出し量を調節し、上記非球面ミラーの所定位置で反射した上記読取光による合焦した光像を結像させるレンズ、
上記レンズにより合焦した光像を撮像して上記原稿に記録された画像を表わす電気信号を取得する１次元固体撮像素、及び
上記読取光源による上記読取光の走査に合わせて、上記回転ミラーを回転させると共に、上記非球面ミラーを移動させて、上記窓部から上記回転ミラーに入射し、該回転ミラーで反射した該読取光を該非球面ミラーの上記所定位置に向ける駆動部を具備した原稿読取部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の画像読取装置は、反射ミラーが読取光源の走査に合わせて回転する一方、読取光に斜光を用いることにより生じる光像の歪みは、位置に応じて反射特性が変化する非球面ミラーを、読取光の走査に合わせて移動させることにより矯正するので、画像歪みの少ない、解像度の高い、読取が可能である。また、画像読取部は、読取面に垂直な壁面を有する筐体に収容されるので、机上に載せて、机上にある原稿を読み取ることが可能である上、筐体の側面の幅を狭くすることにより、薄型で携行可能にすることもできる。また、読取光によるスキャンに先駆けて、読取面各位置の高さを測定することにより、フラットな読取面を有する原稿のみならず、書籍のように綴じ込み部分を有し、読取面に凹凸がある原稿も、読取面を上向きにした状態で読み取ることが可能である。

本発明の画像読取装置によれば、回転ミラーが読取光の走査に合わせて回転する一方、読取光として斜光を用いることにより生じる光像の歪みは、位置に応じて特性が変化する非球面ミラーを、読取光の走査に合わせて移動させることにより矯正するので、斜め上方から読取面をスキャンすることが可能である上、画像歪みの少ない、解像度の高い、読取データを取得することが可能である。また、読取原稿の状態に応じて、焦点調整方法が選択されるので、書籍についても、読取面を上向きにしたままの状態で、１頁又は２頁を一度に読み取ることが可能である。さらに、読取面に垂直な壁面を有する筐体に収容され、その筐体の側面の幅を狭くすることにより、画像読取装置全体を薄型に構成することができるので、机上に載せて、机上にある書籍の脇から読み取ることや、必要な場所に持ち運ぶことも可能である。

以下に、本発明の画像読取装置の実施形態について説明する。

図１は、本発明の画像読取装置の実施形態を示す概略外観図である。

図１に示す本実施形態の画像読取装置は、厚さが薄い箱型の筐体１に収容されている。筐体１は、正面及び背面をなす壁面２と、壁面２と直角に交わる両側面３と、上面４及び底面５とを有する。本実施形態における筐体１の壁面２及び両側面３は、原稿の読取面に垂直になっているが、原稿の脇に、原稿に平行に配置する必要から、少なくとも正面の壁面２が垂直であればよく、背面の壁面や両側面３は、必ずしも原稿の読取面に垂直である必要はない。

また、本実施形態の画像読取装置の筐体１は、机上に載せて使用することや、携行に便利なように側面３の幅を狭くして薄型になるように構成されている。また、壁面２の幅は、目的に応じて任意に設定可能であるが、Ａ４版サイズ横置きの原稿又は書籍（あるいはＡ３版縦置きの原稿又は書籍。ただし、書籍の場合には、綴じ込み部分が壁面２に平行になるように配置する。）に合わせて決定することが好ましい。

正面の壁面２上部には、原稿を読み取る読取光が出射されると共に、読取面で反射した読取光が入射する窓部（開口）６が設けてあり、窓部６は、筐体１内部への埃の侵入や収納される光学機器を防護するため、ガラスで覆われている。さらに、正面の壁面２、右上部には、測定光が出射される窓部７が設けられ、中央上部には、原稿の読み取り面の明るさを検知するＡＥセンサ用の窓部８がそれぞれ設けられている。

また、本実施形態の画像読取装置には、原稿読取部により読み取られた原稿に記録された画像をモニタ表示する、液晶パネルにより構成された画像表示部９を備えている。

さらに、画像表示部９の下部及び上部、筐体１の側面３には、本実施形態の画像読取装置による画像読取りにおいて操作者が操作を行う操作釦１０が設けられている。
なお、操作釦１０としては、読み取る原稿がフラットな読取面か、凹凸のある書籍かの選択を行う原稿選択釦、原稿のサイズを指定する指定釦、及び非球面ミラーを読取開始位置にセットする初期設定釦がある。
画像表示部９は、蝶番を介して側面３に固定されているので、不使用時には壁面２に押し付けて収納し、原稿を読み取る際には、表示部９を図のように引き起こし、読み取った画像をモニタすることができる。

なお、画像読取装置には、画像読取部で使用する商用電源を得るための電源コード１１が接続されている。
本実施形態の画像読取装置は、フラットな読取面を有する原稿や書籍のように綴じ込み部分を有し、読取面に凹凸がある原稿のいずれについても、読取面を上向きにした状態で、読取面に記録された画像を光学的に読み取り、その画像を表わす電気信号を取得することができるように構成されている。また、机の上に載せて、その脇に置いた原稿を読み取ることができるようにするため、原稿の読取面に対して斜め上方から読取光を照射し、その読取光を走査することにより画像を読み取るように構成されている。さらに、筐体の側面の幅の寸法は、壁面の高さの寸法よりも小さくして、画像読取装置全体が薄型になるように構成することもできる。
本実施形態の画像読取装置においては、フラットな読取面を有する原稿を読み取るのか、読取面に凹凸がある原稿を読み取るかの選択は操作釦１０の操作により行い、フラットな読取面を有する原稿の場合には、原稿のサイズと、読取光の照射位置とに応じ予め決められたレンズ位置に合焦するようにプログラムされている。一方、読取面に凹凸がある原稿を読み取る場合には、予め読取面各位置の基準面からの高さを測定し、その測定結果に基づいてプログラムされたレンズ位置に修正が施される。また、斜光を走査することによる一般的な画像歪みは、位置に応じて異なる反射特性を有する非球面ミラーを、斜光の走査に合わせて移動させることにより矯正し、読取面に凹凸がある原稿を読み取る場合には、測定された高さに応じて、読み取られた電気信号にディストーション補正が施される。

図２は、本実施形態の画像読取装置を側面から見た、筐体に収納された画像読取部を示す概略図である。

図２に示すように、本実施形態の画像読取部は、筐体１内に収容され、その筐体１は、読み取り面を上向きにして配置された原稿１００の脇に、窓部６が設けられた正面の壁面２をその原稿の読取面に向けて配置されている。なお、窓部６は、原稿１００の読取面のうちの壁面２に最も近い位置で反射した光が筐体１内部に十分入射できる大きさの開口を有する。

筐体１内部には、筐体１の上部側から、読取光源２０、回転ミラー２１、非球面ミラー２２、反射ミラー２３、レンズ２４、及び1次元固体撮像素子２５の順序で画像読取部を構成する各部が配置され、読取光源２０、及び回転ミラー２１は、原稿１００の読取面の何れの位置からでも見通せる位置に配置されている。

読取光源２０は、例えば発光素子がライン状に配列され集光レンズを介して壁面２の幅方向に細長の読取光を斜上方向から出射するとともに、筐体１の側面３上部に、読取面に水平に設けられた、回転軸２０ａに軸支されている。したがって、窓部６から読取面に向けて読取面の幅方向に細長い読取光を照射する一方、回転軸２０ａの回転に伴って照射された細長い読取光で読取面を線順次に隈なく走査することができる。

ここで、原稿が書籍の場合には、書籍の綴じ込み部分と、筐体１の壁面２とが平行になるように、筐体１を配置することにより、読取面の幅方向に読取光を同じ条件で照射することができる。

回転ミラー２１は、平面状の反射ミラーで、読取光源の回転軸２０ａより下部側、その回転軸２０ａと平行に設けられた図示しない回転軸によって、筐体１の両側面に軸支されている。そして、読取光源２０が回転するのに合わせて回転するように構成されているので、読取光により読取面が走査されたとき、その走査された読取面の各位置で乱反射し、窓部６から回転ミラー２１に所定の角度で入射する読取光の向きを壁面２の下方向に変えることができる。したがって、読取光の走査によって読取面各位置で反射した、各位置に記録された画像に応じた反射光を１次元撮像素子２５で捉えることができる。

非球面ミラー２２は、読取面の各位置で反射した読取光が回転ミラー２１で反射するまでの距離の違いにより画像歪が生じるのを光学的に回避する役割を持っている。
本実施形態の読取光源２０は、読取面に対して斜め方向から光を照射するとともに、その照射される光を走査するように構成されている。したがって、図３（ａ）に示すように、矩形の原稿面ＡＢの斜め方向から読取光１１０を照射し、原稿面ＡＢで反射した読取光１２０を、読取光の出射位置近傍に配置された回転ミラー２１で反射した後、非球面ミラー２２を経てレンズ２４で合焦させ、１次元撮像素子２５で捉えた光像は、原稿面の手前側Ｂと手先側Ａとでは撮影距離が異なっている。このため、原稿面の手前側Ｂと手先側Ａとでは画像倍率が相違し、図３（ｂ）に示す、実線で表わす矩形の原稿面ＡＢは、図の破線で示すように、歪んだ状態で捉えられる。すなわち、撮影距離が長い場合には縮小された画像として１次元撮像素子２５に捉えられる。

そこで、本実施形態の非球面ミラー２２は、筐体１の壁面２に上下移動自在に設置されるとともに、上下方向の反射特性が変化するように設計されている。

すなわち、撮影距離が長い場合には拡大する必要があるので、凹面をなし、撮影距離が短い場合には、その逆に凸面をなしている。そして、回転ミラー２１で反射し、非球面ミラー２２に入射する読取光の反射位置が、その読取光の読取面における反射位置に応じて移動し、画像歪が矯正されるように、非球面ミラー２２は、回転ミラー２１の回転に合わせて上下移動するように構成されている。なお、回転ミラー２１と非球面ミラー２２とを連動させる機構については後述する。

ここでは、上下移動する非球面ミラー２２を１つ用いているが、非球面ミラー２２は、１つである必要はなく複数用いてもよい。また、非球面ミラー２２は、画像倍率の補正用に限定する必要はなく、その他の要因による歪の補正に用いてもよい。

レンズ２４は、非球面ミラー２２で反射した読取光による光像を1次元固体撮像素子２５の受光面に結像させる。

ここで、本実施形態のレンズ２４は、通常は、回転ミラー２１、非球面ミラー２２と連動してレンズ位置が自動調節されて合焦するようにプログラムされている。そして、読取面に凹凸がある書籍を上向きで読み取る場合には、原稿の読み取りに先駆けて行われる、後述する測定部による読取面各位置の高さを測定した測定結果に基づいて、自動調節されるレンズ位置に修正が施される。また、レンズ２４は、焦点距離が可変なズームレンズにより構成することが可能であり、ズーム倍率を複数段階に設定することもできる。
ただし、その場合、レンズの焦点距離が所定の範囲から外れた場合には、非球面ミラー２２のみでは画像歪みが矯正しきれないので、１次元固体撮像素子で撮像して取得した電気信号に、後述する画像処理回路で所定のディストーション補正を施す必要がある。

1次元固体撮像素子２５は、レンズ２４により結像された、読取面に記録された画像による光像（光量分布）に応じて電気信号を出力する。

ここで、1次元固体撮像素子１５は、例えば感光部と転送部とを１列に並べたリニアＣＣＤ、あるいはラインセンサを用いることができる。

これにより、エリアセンサを用いる場合よりも高解像度を得ることができる。

本実施形態の画像読取装置の筐体の側面３に設けられた操作釦１０を押すと、読取光源２０から、筐体の壁面の幅方向に延びる、狭幅の読取光１１０が出射され、その読取光は読取面を矢印Ｘ方向に走査される。読取面で反射した読取光１２０は、回転ミラー２１に入射し、さらに非球面ミラー２２の所定の反射特性を有する部分で反射し、読取光の走査による画像倍率の変動やリニヤリティが補正され、レンズ２４に入射する。レンズ２４は、読取光の走査に合わせてレンズ位置が設定されるので、１次元固体撮像素子２５には、読取面に記録された画像の光像が合焦した状態で受光される。

図４は、本実施形態の画像読取装置における概略機能ブロック図である。

図４に示すように本実施形態の画像読取装置は、回転ミラー及び非球面ミラーを連動させ回転又は上下移動させるミラー駆動機構３０、ミラー駆動機構３０を駆動するモータ（本発明の駆動部に相当する。）３１、モータ３１の回転を制御するモータ駆動回路３２、非球面ミラーの位置を検出しモータ駆動回路３２に伝達する位置検出センサ２８、読取光源２０、読取光源２０を回転させるランプ駆動回路３３、レンズ位置を自在に変えるレンズ機構３４、そのレンズ機構３４をモータの駆動によりズームレンズを移動させたり、プログラムにしたがって合焦させたりする、ズーム・ＡＦモータ駆動回路３５、レンズにより結像された光像に基づく電荷を蓄積する１次元ＣＣＤ素子（ここでは１次元固体撮像素子として、１次元ＣＣＤ素子が用いられている）２５、１次元ＣＣＤ素子に所定の信号を送り駆動するＣＣＤ駆動回路３６、１次元ＣＣＤ素子に蓄積された電荷を読み出した電気信号をデジタル化するとともに、所定のゲインコントロールを行う画像処理回路（本発明の画像処理部に相当する。）３７、画像処理回路３７で処理されたデジタル信号及び読取面のサイズ毎の結像レンズの合焦位置を記憶するメモリ３８、読取面各位置の基準面からの高さを測定するＡＦ投光ランプ（本発明の測定部に相当する。）３９、読取面の明るさを測定するＡＥ受光素子（本発明の測光部に相当する。）４０、メモリ３８に記憶されたデジタル信号をモニタ画面に表示する画像表示部９、この画像読取装置に操作釦１０の操作により所定の指令を送る操作パネル４１、外部装置とデジタル信号の送受を行うインタフェース４２とを備えており、各回路および各機構は、ＣＰＵ５０により制御されている。
ここで、読取光源２０は、ＡＥ受光素子４０による測定結果に基づいて、読取光の強度を調整して出射することができる。また、読取面における走査方向の各位置に応じて、１次元ＣＣＤ素子２５で撮像する際の平均的な明るさが均一になるように、例えばＡＦ投光ランプ３９を点灯させて読取面の高さ測定を行った際の１次元ＣＣＤ素子２５で取得された電気信号に基づいて、出射する読取光の強度を調整することや、読取光の走査速度を調整することもできる。
また、画像処理回路３７は、レンズ機構３４におけるズームレンズのズーム倍率と補正定数との対応表を有し、ズーム倍率の設定如何により焦点距離が所定の範囲から外れたときは、１次元ＣＣＤ素子２５で撮像して取得した電気信号に、その対応表を用いてディストーション補正を施すことができる。また、測定部により測定された高さに基づいて、１次元ＣＣＤ素子２５で撮像して取得した電気信号に補正を施す。
さらに、操作パネル４１には、読み取る原稿の種別を設定する原稿選択釦１０ａと、原稿サイズを指定する指定釦１０ｂと、非球面ミラーを読取開始位置にセットする初期設定釦１０ｃとがある。

そして、ＣＰＵ５０は、操作パネル４１における原稿選択釦１０ａを操作することにより非平面状態が選択されたときは、ＡＦ投光ランプ３９を点灯させて読取面の高さを測定した後、読取光源を点灯させ、モータ３１を回転駆動して回転ミラーに回転させ、非球面ミラーを移動させる制御を行う。また、測定された読取面各位置の高さに応じてズーム・ＡＦモータ駆動回路３５に予めプログラムされている、レンズ機構３４のレンズ位置に修正を施すことができる。
ランプ駆動回路３３により読取光源２０が点灯されると、ＡＥ受光素子４０は、読取面全体の平均的な明るさを測定する。そして、その測定結果に応じてランプ駆動回路３３は、読取光が読取面に照射されたときに、その照射された読取面が適切な明るさとなり、１次元ＣＣＤ２５に結像される光像により適正な電気信号が得られるように、読取光源２０に印加される電圧又は電流を調整する。また、ランプ駆動回路３３の調整結果に応じて、読取光源２０により読取面が走査され、読取面に記録された画像を読み取る速度が設定される。操作パネル４１の原稿選択釦１０ａには、フラットなシートを選択する釦と、綴じ込み部分を有し、読取面に凹凸がある、書籍を選択する釦とがあるので、読み取る原稿の種別に応じて何れかを選択する。

例えば、書籍を選択する釦が押されると、距離を測定する測定光源（ＡＦ投光ランプ）３９が点灯し、回転ミラー、非球面ミラー、結像レンズが所定の動作を行い、測定光源３９による読取面各位置（凹凸が生じている）の反射光が受光され、基準面（読取面がフラットである場合のその読取面）における基準位置（例えば、測定光が読取面を斜めに横断する筋状の光が基準面に照射される位置）からのずれが検出され、そのずれから、凹凸のある読取面各位置の高さが求められる。その場合、モータ駆動回路３２は所定の回転速度となるようモータを駆動し、ミラー駆動機構３０を駆動する。その場合、非球面ミラーの位置は位置検出センサ（後述する、本発明のカムに相当する。）２８で検出され、検出結果に応じて回転ミラーが駆動される。また、ＡＦモータ駆動回路３５は、予めプログラムされた通りにレンズの合焦機構を駆動する。一方、ＣＣＤ駆動回路３６は、ミラー駆動機構３０の駆動速度にあわせて１次元ＣＣＤ素子２５を駆動する。画像処理回路３７は、１次元ＣＣＤ素子２５から電荷を読み出して電気信号を得ると共に、デジタル化してメモリに蓄積する。

そのようにして検出された凹凸のある読取面各位置の高さに基づいて、ＣＰＵ５０は、予め原稿のサイズに合わせてプログラムされているレンズの合焦位置を修正する。そして、ＣＰＵ５０で修正されたレンズの合焦位置に基づいて、読取光源から照射され、走査された読取光による電荷が１次元ＣＣＤ素子２５に蓄積される。蓄積された電荷は、読み出され、取得された電気信号は、画像処理回路３７でデジタル化されてメモリ３８に記憶される。画像処理回路３７は、ＡＦ投光ランプ３９を点灯させて測定した読取面核位置の高さに基づいて、メモリ３８に記憶されたデジタルデータに所定の補正を施す。

以下には、本実施形態の画像読取装置の機構部分及び光学系部分の詳細について説明する。

図５は、回転ミラーと非球面ミラーとが連携動作を行う機構の説明図である。

図５に示すように、回転ミラー２１は、筐体の両側面３に支持された回転軸２１ａに軸支され、回転軸２１ａが回転することにより、窓部６から入射する読取光の入射角度を調整し、反射した読取光を壁面２の一定の高さに向ける。そして、読取面における読取光の反射位置に合わせて、非球面ミラー２２を上下移動させ、非球面ミラー２２における所定の反射特性を有する位置を、その一定の高さの位置に合わせることにより、画像の歪みを矯正することができる。

非球面ミラー２２の両端には突出部２２ａ、２２ｂが設けられ、一方の突出部２２ａにはネジ溝が刻まれた貫通孔が開いている。そしてその貫通孔には、ねじ山６０ａが刻まれた、読取面に垂直なガイド軸６０が噛合する。また、他方の突出部２２ｂには、ネジ溝が刻まれていない比較的大きい貫通孔２２ｄが開いている。そして、その貫通孔２２ｄには、ねじ山が刻まれていない、読取面に垂直なガイド軸６１が遊びをもって貫通している。これにより、非球面ミラー２２は、読取面に垂直な２本のガイド軸６０、６１に軸支される一方、ネジ山６０ａの刻まれたガイド軸６０が回転すると、それに合わせて矢印Ａ方向に移動する。

このガイド軸６０は、また、螺旋溝を有するネジ６２と噛合し、そのネジ６２は、歯車６３を介してモータ３１で回転駆動される。したがって、非球面ミラー２２は、矢印Ａ方向及びその逆方向に上下移動する。

また、非球面ミラー２２の一方の端にはテーパのついたカム６４が上下方向に設けてある。一方、回転ミラー２１の回転軸２１ａの一端には、第１のカムフォロア６５（本発明のカム検出部に相当する。）と第２のカムフォロア６６とが軸着され、第２のカムフォロア６６は、回転軸２１ａと一体で回転し、第１のカムフォロア６５は、ばね６７で矢印Ｂ方向とは逆方向に付勢されている。第１のカムフォロア６５は、楕円形をなし、長円部に棒状部６５ａが取り付けてある。その棒状部６５ａは、非球面ミラー２２の一方の端に設けられたテーパのあるカム６４に当接し、非球面ミラー２２が矢印Ａ方向に移動すると第１のカムフォロア６５を矢印Ｂ方向に回転させる。

したがって、非球面ミラー２２の矢印Ａ方向の移動に応じて第１のカムフォロア６５が矢印Ｂ方向に回転し、それに合わせて回転ミラー２１の回転軸２１ａが回転するので、回転ミラー２１も回転し、窓部から入射する読取光の角度が変化するので、回転ミラー２１の反射光を非球面ミラー２２の所定の反射特性を有する部分に向けることができる。

ここで、本実施形態の非球面ミラー２２は、モータ３１で回転駆動されて上下移動し、その非球面ミラー２２の上下移動によって回転ミラー２１の回転軸２１ａが回転するように構成されているが、このモータ３１の駆動力により、さらに読取光源２０の回転軸２０ａを回転させることにしてもよい。

次に、本実施形態の測定部による読取面各位置の高さを測定する測定原理について説明する。

図６は、本実施形態の画像読取装置において書籍の頁を開いて画像を読み取る場合にその読取面の高さを測定する原理の説明図であり、図６（ａ）は、画像読取装置と書籍の綴じ込み部との関係を示し、図６（ｂ）は、ＡＦ投光ランプの分解図である。

図６（ａ）に示すように、本実施形態の画像読取装置は、筐体１の壁面２が、書籍の頁を開いた場合における綴じ込み部１０１と平行になるように配置することにより、読取面１００の読み取りが可能になるよう構成されている。狭幅の読取光は、綴じ込み部１０１に平行に照射され、読取面１００の同じ高さの部分を綴じ込み部１０１と交わる走査方向に線順次に走査されながら読取面１００に記録された画像が読み取られる。なお、頁を開いた書籍は、両面を一度に読み取ることもできるし、１頁ずつ読み取ることもできる。

このように構成することにより、１頁を小領域に分割し、小領域の周辺を重複させて撮影して、撮影後にそれらを貼りあわせて１枚の複写画像を作成する時間的ロスや、貼り合せることによる不自然さが解消できる。

図６（ａ）に示すように、測定部による読取面各位置の高さの測定は、壁面２右上部に設けられた窓部７からＡＦ投光ランプ３９で読取面１００を斜めに横断するようにスリット状の測定光１３０を、例えばＡＢ間に照射する。読取面がフラットな場合にはこのスリット状の測定光は直線になるが、読取面に凹凸がある書籍の場合には、図のように曲線となる。

また、図６（ｂ）に示すように、ＡＦ投光ランプは、集光レンズ３９ａと、スリット状の開口が設けられた絞り３９ｂと、発光素子３９ｃと、反射板３９ｄとにより構成されている。例えばＬＥＤからなる発光素子３９ｃから出射された光は、絞り３９ｂによって絞られ、スリット状となり、集光レンズ３９ａの作用により、散乱されずに高輝度の測定光を読取面に照射することができる。

図７は、ＡＦ投光ランプによる測定光が原稿面に照射される場合の各位置関係を一例として示す図である。

図７に示すように、本実施形態の画像読取装置の筐体１の壁面２を、原稿の読取面ＡＢＣＤ１００の脇に所定の間隔を開けて配置し、壁面２右上部の高さＨの位置に設けられた窓部７からＡＦ投光ランプ３９により読取面１００を斜め横断するようにスリット状の測定光１３０で読取面ＢＣ間に照射する。

筐体１の壁面２と読取面１００までの間隔はｙ２、読取面１００のサイズは、ＡＢ間がｘ１、ＡＣ間がｙ１で、窓部から読取面の一端までの距離はｘ２である。

図８は、図７に示した読取面ＡＢＣＤの正投影図であり、図８（ａ）は、真上から見た平面図、図８（ｂ）は、ｘ方向から見た右側面図、図８（ｃ）は、ｙ方向から見た正面図である。

図において、ＢＣは、スリット状の測定光、ＥＢ及びＥＣは、ＡＦ投光ランプから出射される測定光の光路を表わしている。

いま、説明の都合上、読取面ＡＢＣＤがｈだけ浮き上がった状態を考える。するとＡＦ投光ランプから出射される光線と読取面との交点Ｂ、Ｃは、右側面図及び正面図においては、Ｂ’、Ｂ’’、Ｃ’、Ｃ’’となり、平面図においてはＢ’、Ｃ’となる。

すなわち、読取面がｈだけ浮き上がると、平面図における線分ＢＣは、線分Ｂ’Ｃ’にずれ、このずれはｈが大きくなればなるほど右方向にずれることを意味している。

そこで、読取面上の手前からｙ３の距離における読取光ｌにおける線分ＢＣ上の位置（ｘ３、ｙ３）をＫ１、線分Ｂ’Ｃ’ 上の位置（ｘ４、ｙ４）をＫ２として、ｈと、Ｋ１・Ｋ２間の距離との関係を求める。

いま、ＣＤをＸ座標、ＡＣをＹ座標にするとスリット状の測定光ＢＣは、
Ｙ＝（ｙ１／ｘ１）＊Ｘで表わされる。

また、スリット状の測定光Ｂ’Ｃ’は、
Ｙ＋（ｙ２＊ｈ／Ｈ）＝（ｙ１／ｘ１）＊｛Ｘ−（ｘ２＊ｈ／Ｈ）｝
Ｘ＝（ｘ１／ｙ１）＊｛Ｙ＋（ｙ２＊ｈ／Ｈ）｝＋（ｘ２＊ｈ／Ｈ）で表わされる。

そこで、（ｘ４−ｘ３）をｘｍとすれば、
ｈ＝ｘｍ＊Ｈ＊｛ｙ１／（ｙ２＊ｘ１＋ｘ２＊ｙ１）｝という関係が得られる。

したがって、読取面がフラットな状態におけるスリット状の測定光ＢＣの基準位置を記憶しておき、実際に測定された位置との差分を求めれば、読取面各位置における高さ（浮き上がり量）を求めることができる。

図９は、読取面の明るさを測定するＡＥ受光素子の説明図である。

図９に示すように、筐体１の壁面２上部には、受光レンズ４０ａと受光センサ４０ｂとからなるＡＥ受光素子４０が設置されている。読取面１００は、通常室内の照明により照らされているので、その明るさの程度を測定し、読取に適切な光量が得られるよう読取光源の明るさを調整する。

この場合、測定精度はそれほど重要ではないが、読取面１００の平均的な明るさが測定できるように、受光レンズ４０ａは、読取面１００全体からの反射光が集光されるように構成されている。

図１０は、モニタ画面を有する画像表示部の説明図である。

図１０に示すように、画像表示部９は、液晶パネルからなるモニタ画面を有し、そのモニタ画面は筐体１の側面３に蝶番９ｂにより可動自在に固定されている。したがって、使用しないときは図１０（ａ）に示すように、矢印Ｃ方向に回転させて壁面に押し付けて収納し、使用するときは図１０（ｂ）に示すように、壁面２から矢印Ｄ方向に引き起こして、メモリに記憶された画像データをモニタ画面に表示することができる。

また画像表示部９は、モニタ表示させる画像の範囲を指定する表示範囲指定釦９ａを有し、例えば１頁、又は２頁、あるいは半頁かを選択して、モニタ画面全体に選択された範囲において読み取った画像を表示することができる。

図１１は、本実施形態の画像読取装置を用いて原稿を読取る手順を説明するフローチャートである。

図１１に示すように、本実施形態の画像読取装置を用いて、原稿の上向きの読取面から記録された画像を読み取る手順は、操作者が操作パネルにおいて設定する、（Ｓ１）から（Ｓ４）までのステップと、フラットな原稿を読み取る場合における、（Ｓ５）から（Ｓ９）までのステップと、凹凸のある書籍のような原稿を読み取る場合における、（Ｓ１０）から（Ｓ１６）までのステップとに区分される。

画像読取装置により原稿に記録された画像を読み取る場合には、電源を投入して読取光による走査（スキャン）を行う必要がある（Ｓ１）。
電源を投入したら、読取光源を点灯し、読取面の概略の明るさをＡＥ受光素子（測光部）で測定する（Ｓ２）。そして、測定した明るさの程度に応じて、読取光の走査速度を調整し、それによって、読取面の読み取り時間を調整する（Ｓ３）。
ここで、読取面を読み取る時間は、測定された露出に応じて「速い」「普通」「遅い」の３段階に設定してもよいし、「普通」「遅い」の２段階に設定してもよく、あるいは読取光源の明るさを調整することにより、読み取り時間の調整を省略することもできる。

また、ここではマニュアル設定を行うように構成されているが、自動設定を行うことにしてもよい。
さらに、ＡＥ受光素子による測定結果に基づいて、読取光の走査速度の調整に代えて、読取光の強度を調整して出射することにしてもよい。

次に、読み取る原稿の種別を設定する（Ｓ４）。

原稿がシートの場合には、原稿のサイズと、読取光の照射位置とに応じ予め決められたプログラムにしたがってレンズ位置を自動的に合焦させて読取を行う。

先ず、回転ミラーの角度を調整することにより、読取面で反射し窓部から入射する読取光が所定の入射角で入射するように合わせ、回転ミラーの出発位置をセットする（Ｓ５）。

次に、非球面ミラーを上下移動させるミラーモータを駆動し、非球面ミラー及び回転ミラーを読取光が読取面を走査する読取開始位置に移動させる（Ｓ６、Ｓ７）。

非球面ミラー及び回転ミラーが読取開始位置にセットされると、読取光源が回転し、読取光が読取面を走査方向に線順次に走査する。そして、ＣＰＵは、読取光源の回転に合わせてモータが非球面ミラーを上方向に移動させ、それに連動して回転ミラーが時計方向に回転するように制御する。それにより、読取面の各位置で反射し、窓部から入射する読取光は、所定の光路にガイドされる。また、走査方向における撮影距離の違いによる画像ひずみが矯正される。そして、予めプログラムされ、自動的に合焦するレンズにより１次元ＣＣＤの受光面に光像が結像され、電気信号が取得される（Ｓ８）。
以下、この動作を読取終了位置まで継続する（Ｓ９）。

一方、原稿として、読取面に凹凸のある書籍が設定された場合には（Ｓ４）、その凹凸の、基準面からの高さを測定し、レンズ位置などを修正する必要がある。そのため、測定光源を点灯し、読取面を斜めに横断するスリット状の測定光を読取面に照射する。そして、非球面ミラー及び回転ミラーを読取開始位置から読取終了位置まで移動又は回転させて、１次元ＣＣＤにより読取面各位置にからの電気信号を取得する。それにより、読取面に実際に照射されたスリット状の測定光の位置と読取面がフラットである場合に測定光が照射される基準位置とのずれ量を求め、そのずれ量から凹凸のある読取面各位置の高さを求めるＡＦスキャンを行う（Ｓ１０）。

次に、原稿がシートの場合と同様に、回転ミラーの角度を調整することにより、読取面で反射し窓部から入射する読取光が所定の入射角で入射するように合わせて、回転ミラーの出発位置をセットする（Ｓ１１）。そして、非球面ミラーを上下移動させるモータを駆動し、非球面ミラー及び回転ミラーを読取光が読取面を走査する読取開始位置に移動させる（Ｓ１２、Ｓ１３）。

非球面ミラー及び回転ミラーが読取開始位置にセットされると、読取光源が回転し、読取光が読取面を走査方向に線順次で走査する。そして、その読取光源の回転に合わせてモータが非球面ミラーを上方向に移動させ、それに連動して回転ミラーが時計方向に回転することにより、読取面の各位置で反射し、窓部から入射する読取光を所定の光路にガイドする。

レンズの焦点位置は、先ほど測定された、読取面各位置における高さに基づいて、予めプログラムされたレンズ位置を修正し、ズーム、ＡＦモータ駆動回路によりその修正された位置で合焦させる（Ｓ１４）。
そして、合焦したレンズにより１次元ＣＣＤ素子に結像した光像による電気信号を取得する（Ｓ１５）。
以下、この動作を読取終了位置まで継続する（Ｓ１６）。
この場合、非球面ミラーで矯正しきれない画像歪みは、ＡＦスキャンにより測定された高さに基づいて、１次元ＣＣＤ素子で撮像して取得された電気信号に、画像処理回路で補正が施される。

本発明の画像読取装置の実施形態を示す概略外観図である。 本実施形態の画像読取装置を側面から見た、筐体に収納された画像読取部を示す概略図である。 読取光により１次元撮像素子によって捉えられた画像と読取面との関係を示す模式図である。 本実施形態の画像読取装置における概略機能ブロック図である。 回転ミラーと非球面ミラーとが連携動作を行う機構の説明図である。 本実施形態の画像読取装置において書籍の頁を開いて画像を読み取る場合にその読取面の高さを測定する原理の説明図である。 ＡＦ投光ランプによる測定光が原稿面に照射される場合の各位置関係を一例として示す図である。 読取面ＡＢＣＤの投影図である。 読取面の明るさを測定するＡＥ受光素子の説明図である。 モニタ画面を有する表示部の説明図である。 本実施形態の画像読取装置を用いて原稿を読取る手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 筐体
２ 壁面
３ 側面
４ 上面
５ 底面
６〜８ 窓部
９ 表示部
９ａ 表示範囲指定釦
９ｂ 蝶番
１０ 操作釦
１０ａ 原稿選択釦
１０ｂ 指定釦
１０ｃ 初期設定釦
１１ 電源コード
２０ 読取光源
２０ａ、２１ａ 回転軸
２１ 回転ミラー
２２ 非球面ミラー
２２ａ、２２ｂ 突出部
２２ｄ 貫通孔
２３ 反射ミラー
２４ レンズ
２５ １次元固体撮像素子（１次元ＣＣＤ素子）
３０ ミラー駆動機構
３１ モータ
３２ モータ駆動回路
３３ ランプ駆動回路
３４ レンズ機構
３５ ズーム、ＡＦモータ駆動回路
３６ ＣＣＤ駆動回路
３７ 画像処理回路
３８ メモリ
３９ ＡＦ投光ランプ（測定部）
３９ａ 集光レンズ
３９ｂ スリット状の絞り
３９ｃ 発光素子
３９ｄ 反射板
４０ ＡＥ受光素子（測光部）
４０ａ 受光レンズ
４０ｂ 受光センサ
４１ 操作パネル
４２ インタフェース
５０ＣＰＵ
６０、６１ ガイド軸
６０ａ ネジ山
６２ ネジ
６３ 歯車
６４ カム
６５ 第１のカムフォロア
６５ａ 棒状部
６６ 第２のカムフォロア
６７ ばね
１０１ 綴じ込み部
１１０ 読取光
１２０ 反射した読取光
１３０ 測定光

Claims (18)

1. 原稿に照射される読取光により、該原稿に記録された画像の合焦した光像を固体撮像素子で撮像して該画像を表す電気信号を取得する画像読取装置であって、
   上部に窓部を有し、上向きの原稿の読取面に垂直な壁面を備えた筐体と、
   前記筐体に収容され、
   前記読取面に水平に軸着され、前記壁面の幅方向に延びる狭幅の読取光を前記窓部から斜下方向に出射し、該読取面に照射される該読取光を該壁面の幅方向と交わる走査方向に走査する読取光源、
   前記読取光に平行な回転軸に軸支され、前記読取面で反射し、前記窓部から入射する該読取光を反射することにより該壁面の下方向に向ける回転ミラー、
   前記壁面の上下方向に移動して前記回転ミラーで反射した前記読取光を所定位置で反射し、前記読取面の前記走査方向各位置で反射した該読取光による光像の歪みを矯正する非球面ミラー、
   繰出し量を調節し、前記非球面ミラーの所定位置で反射した前記読取光による合焦した光像を結像させるレンズ、
   前記レンズにより合焦した光像を撮像して前記原稿に記録された画像を表わす電気信号を取得する１次元固体撮像素、及び
   前記読取光源による前記読取光の走査に合わせて、前記回転ミラーを回転させると共に、前記非球面ミラーを移動させて、前記窓部から前記回転ミラーに入射し、該回転ミラーで反射した該読取光を該非球面ミラーの前記所定位置に向ける駆動部を具備した原稿読取部と、を備えたことを特徴とする画像読取装置。
2. 前記読取光源は、前記筐体の、前記壁面と交わる両側面の上部に軸支され、該軸を回転させることにより前記読取面に照射される前記読取光を前記走査方向に走査し、
   前記回転ミラーは、前記両側面の、前記読取光源の前記軸よりも下部側の隣接位置に軸支され、該読取光源の回転に合わせて反射面を回転させることにより、前記窓部から前記回転ミラーに入射する前記読取光の角度を変え、該回転ミラーで反射した該読取光の方向を所定の方向に向けることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 前記非球面ミラーは、前記読取面の各位置で反射した前記読取光が前記回転ミラーで反射するまでの距離の違いによって生じる前記光像の歪みを、前記壁面の上下方向の位置に応じて変化する反射特性により矯正するものであることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
4. 前記読取面の平均的な明るさを測定する測光部を有し、
   前記読取光源は、前記測光部による前記測定結果に基づいて、強度が調整された前記読取光を出射することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
5. 前記レンズは、焦点距離が可変なズームレンズを含むものであって、
   前記ズームレンズの前記焦点距離が所定の範囲から外れた場合には、前記１次元固体撮像素子で撮像して取得した前記電気信号に所定のディストーション補正を施す画像処理部を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
6. 前記１次元固体撮像素子で撮像して取得された前記電気信号を画像処理し、前記原稿に記録された画像をモニタ表示する画像表示部を備え、
   前記画像表示部は、前記壁面又は前記両側面に可動自在に支持されたものであることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
7. 前記原稿は、綴じ込み部を有する書籍であって、
   前記筐体は、前記壁面が前記書籍の綴じ込み部と平行になるように配置されたものであって、
   上向きの前記書籍の読取面に向けて、前記窓部から斜下方向に測定光を出射する測定光源と、
   前記回転ミラーを回転させると共に、前記非球面ミラーを移動させ、前記読取面各位置に応じて予め設定された焦点位置で合焦した前記測定光を前記１次元固体撮像素子で撮像して該読取面各位置の、平面状の基準面からの高さを測定する測定部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
8. 前記非球面ミラーは、前記側面に沿って設けられた前記読取面に垂直なガイド軸に軸支されて前記回転ミラーの反射面よりも下部側に配置され、
   前記駆動部は、前記ガイド軸を回転させることにより前記非球面ミラーを上下移動させて前記回転ミラーで反射した前記読取光を該非球面ミラーの前記所定位置で反射させることを特徴とする請求項３記載の画像読取装置。
9. 前記非球面ミラーは、カムを有し、
   前記回転ミラーは、前記回転軸に軸着された、前記カムの位置を検出し、該カムの移動に合わせて該回転軸を回転させるカム検出部を有するものであって、
   前記非球面ミラーが前記読取光源の回転に合わせて上下移動することにより、前記窓部から入射し前記回転ミラーで反射した前記読取光を、前記非球面ミラーの前記所定位置で反射させることを特徴とする請求項８記載の画像読取装置。
10. 前記ズームレンズは、設定自在な複数のズーム倍率を有し、
    前記画像処理部は、前記ズームレンズに設定されたズーム倍率に応じて前記電気信号に施すディストーション補正の対応表を有することを特徴とする請求項５記載の画像読取装置。
11. 前記画像表示部は、モニタ表示させる画像の範囲を指定する操作子を有することを特徴とする請求項６記載の画像読取装置。
12. 前記測定光源は、発光素子、スリット状の開口絞り、集光レンズを有し、出射した前記測定光により前記読取面を前記走査方向に横断するスリット状の測定光を照射し、
    前記測定部は、前記窓部から入射した、前記読取面各位置で反射した前記測定光を前記１次元固体撮像素子で撮像した電気信号と前記基準面各位置で反射した前記測定光を前記１次元固体撮像素子で撮像した電気信号との差分に基づいて、該基準面からの高さを測定することを特徴とする請求項７記載の画像読取装置。
13. 前記レンズは、前記読取光の前記読取面における反射位置に応じて予めレンズ位置が設定され、該読取光の走査に合わせて該レンズ位置を調節することにより、前記非球面ミラーの所定位置で反射した該読取光による合焦した光像を結像させるものであって、前記測定部により該読取面各位置の前記高さが測定されたときは、測定された前記読取面各位置の前記高さに基づいて、該レンズ位置を修正し、修正された該レンズ位置で合焦させることを特徴とする請求項７記載の画像読取装置。
14. 前記測定部により測定された前記高さに基づいて、前記１次元固体撮像素子で撮像して取得した前記電気信号に所定の補正を施す画像処理部を備えたことを特徴とする請求項７記載の画像読取装置。
15. 前記原稿の読取面が平面状態か、非平面状態かを選択する操作子を有し、
    前記操作子により前記非平面状態が選択されたときは、前記測定光源を点灯させて前記測定部による前記高さの測定を行った後、前記読取光源を点灯させて前記駆動部による前記回転ミラーに回転、及び前記非球面ミラーの移動を行う制御部を備えたことを特徴とする請求項７記載の画像読取装置。
16. 前記読取光源は、前記読取面における前記走査方向の位置に応じて、前記１次元固体撮像素子で撮像する際の平均的な明るさが均一になるように調整された前記読取光を出射することを特徴とする請求項７記載の画像読取装置。
17. 前記読取光源は、前記測定部による前記基準面からの高さ測定において前記１次元固体撮像素子で撮像して得られた電気信号に基づいて、出射する前記読取光の強度を自在に調整することを特徴とする請求項１６記載の画像読取装置。
18. 前記側面の幅は、前記壁面の高さに比べて、寸法が小さいものであることを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。
    

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