JP4479545B2 - 画像読取装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像に光を照射するとともに、画像からの反射光を受光して画像を読み取る画像読取装置に関する。
画像形成装置で形成された画像を評価する方法として、人間が感じる画像品質の程度を数量化する心理評価と、画像自体の持つ物理特性を計測して、その計測値に基づいて画像を評価する物理特性評価とが知られている。心理評価は、製品の最終検査などに広く用いられているが、検査者が異なったり、検査者の疲労具合などによって検査結果が変化してしまうという欠点がある。
一方、物理特性評価は、画像の物理特性を計測する計測装置を必要とするが、検査者によらずに、いつでも安定した精度で評価を行うことができる。この計測装置としては、例えば、画像を読み取って得られた画像信号に人間の視覚の空間周波数に基づいた補正等を加えることによって、画像の濃度のみでなく、人間の感覚に近い彩度や色相なども計測する計測装置(特許文献1参照)や、計測時間やコストの軽減を図り、従来用いられているスキャナを使って画像を読み取り、その画像の色彩を計測するもの(特許文献2参照)などが提案されている。
また、近年では、プリンタや印刷機など画像形成装置が高画質化してきており、それに伴って、物理特性を計測するための計測装置に対しても、かなり高い撮像解像度が要求されてきている。画像を高い解像度で読み取るには、受光素子であるイメージセンサを構成している複数の画素それぞれから出力される出力信号がノイズに対して十分に大きいことが必要となる。すなわち、画像を高解像度に読み取るには、SN比の高い出力信号を得ることが極めて重要であり、そのためには、画像に照射される光の照射量が十分に大きいことが必要不可欠である。
画像に照射される光の照射量を向上させる方法として、例えば、光源の種類を高発光タイプのものに替えたり、光源に電力を供給するメインコンデンサの容量を大きくするなどして、光源の発光量を増やす方法がある。しかし、光源の発光量を増加させるのには限度があるうえ、コストがかかったり、計測装置の寸法が大きくなってしまうなどという問題がある。
また、光源からの発光量を増やすのではなく、光源から発光された光を効率よく画像に照射する方法も提案されている。
図1は、楕円と、楕円内に放射された光線の光路との関係を示す図である。
楕円には2つの焦点が存在するが、一方の焦点から任意の方向に放射された光は、楕円内で反射した後、他方の焦点に集光することが一般的に知られている。例えば、図1に示す楕円Cの2つの焦点F1,F2のうちの上側の焦点F1上に光源が配置され、下側の焦点F2上に画像が配置されて、さらに、断面が楕円Cの上側の凸部分の形状を有する反射笠で光源が取り囲まれた場合には、上側の焦点F1上の光源から発せられた光は、反射笠で反射されて下側の焦点F2上に配置された画像に集光される。特許文献3、特許文献4、特許文献5には、このような楕円とその焦点の性質を適用し、さらに、光源や反射笠や画像の位置関係などを工夫する技術が記載されている。これらの技術を用いることによって、光源から発光された光を効率よく画像上に照射することができる。
ここで、画像を読み取って、画像の物理特性を計測する計測装置としては、画像をライン単位で読み取る画像読取装置が広く用いられている。上述した特許文献3、特許文献4、および特許文献5の技術が画像読取装置に適用される場合には、画像からの反射光を受光する受光部がライン状に並べられたラインセンサと、長手形状を有する光源とが用いられ、さらに、断面が図1に示す楕円Cの上凸部分の形状を有し、光源と同じ長手方向に延びる反射笠が、光源を取り囲むように設けられる。光源から発せられた光は、反射笠によってライン状に集光されて画像上に照射され、その照射位置が少しずつずらされながら、画像からの反射光がラインセンサで受光される。また、このような画像読取装置では、画像に照射される光を増加させるために、光源と反射笠とを2つずつ用意し、画像面に対して45°の仰角の方向から光を照射することが行われている。
図2、および図3は、画像面に対して45°の仰角の方向から光を照射したときのイメージを示す図である。
用紙11上には、照射装置20a,20bの長手方向と同じ方向(以下では、この方向を縦方向と称する)に延びる複数のトナー像11aが形成されている。また、照射装置20a,20bの内部には、光源と、光源を取り囲む反射笠とがそれぞれに備えられており、これら照射装置20a,20bは、用紙11に対して45°の仰角の位置に配置されている。照射装置20a,20bそれぞれに備えられた光源から発せられて、反射笠で反射された光L1は、トナー像11aにほぼ45°の角度で照射される。
ここで、電子写真方式のように色材としてトナーが用いられる場合、画像の濃度は使用されるトナーの量に依存するため、高濃度の画像が形成されるときにはトナーが大量に使用され、画像を構成するトナー層の厚さが厚くなる。このため、トナー等で構成された画像に斜めから光が照射されると、画像に影ができる。
図2のパート(B)に示すように、この例では、トナー像11aの両側から45°の角度で光が照射されるため、縦方向に延びるトナー像11aに沿って、そのトナー像11aの両脇に影11a´が生じる。このような状態で、トナー像11aからの反射光をラインセンサなどで受光すると、受光信号に基づいて算出されたトナー像11aの濃度が、実際のトナー像11aの濃度よりも濃くなってしまう。
また、図3では、縦方向と垂直な方向(以下では、この方向を横方向と称する)に延びる複数のトナー像12aが形成されている。図3においても、トナー像12aの両側から45°の角度で光が照射されるが、トナー像12aの縦方向の長さが短いため、図2に示す縦長のトナー像11aよりも、図3のパート(B)に示す横長のトナー像12aの方が影12a´が少ない。したがって、同じ量のトナーが使用される場合であっても、縦長のトナー像11aと横長のトナー像12aとでは、横長のトナー像12aの方が濃度が小さく算出されてしまう恐れがある。
特開平5−284260号公報 特開平10−23191号公報 特開平11−142971号公報 特開2002−93227号公報 特開2003−255250号公報
このように、厚みのある画像に斜めに光が照射されると、影が生じて正確に画像の濃度を取得することができないうえ、同じ濃度の画像であっても、その画像の構造(縦長、横長など)によって取得される濃度が変わってしまうことがある。このような不具合を軽減するためには、画像に多方向から光を照射して、影の発生を抑えることが考えられる。
図4は、画像に多方向から光を照射したときのイメージを示す図である。
図4には、円形の光源と、その円形の光源を取り囲む反射笠とが内部に設けられた照射装置21と、正方形のトナー像13aが複数形成された用紙13とが示されている。照射装置21内の光源から発せられた光L2は、反射笠で反射されて、用紙13上に円形に集光される。その結果、トナー像13aには多方向から光L2が照射され、図4のパート(B)に示すように、トナー像13aに影が生じてしまう不具合を軽減することができる。
しかし、円形の照射装置21では、照射範囲が狭いために照射装置21を細かく移動させながら画像を読み取る必要があり、画像をライン単位で読み取る図2や図3の照射装置20a,20bと比べて読取時間が増加してしまう。このような円形の照射装置でライン単位に画像を読み取ろうとすると、広い照射範囲を大きな光量で照射することができる大型の照射装置が必要となり、装置が大型化してしまうという問題がある。
また、図1に示すように、上側の焦点F1に配置された光源と、楕円Cの上側の凸部分で構成された反射笠とが近接するため、高熱を発生するハロゲンランプなどが光源として用いられる場合には、反射笠が高温になってしまって、安全性や形状維持性などの点で問題がある。この問題を解決するためには、大きな楕円形状を有する反射板で光源を取り囲んで、光源と反射板との間の距離を空けることが考えられるが、この場合も、装置が大型化してしまう。このような、装置内のスペースや温度などの制約を満たすとともに、画像に光を効率よく照射することが求められている。
本発明は上記事情に鑑み、装置内のスペースや温度などの制約を満たすとともに、光を多方向から効率よく照射することができる画像読取装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の画像読取装置は、相互に異なる第1の点および第2の点のうちの第1の点上に設けられた、光を発する光源と、
第1の点及び第2の点を共通の焦点とした互いに大きさが異なる複数の楕円それぞれの一部からなる各断面形状を有する複数の反射面を備え、それら複数の反射面で、光源から発せられた光を第2の点に集光する、第2の点に向けて開いた反射器と、
第2の点上に配置されて光源及び反射器によって光が照射される画像によって反射された反射光を受光して画像を読み取る画像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によると、光源から発せられた光が、複数の反射部それぞれによって反射され、その後、第2の点上に配置された画像上に集光される。したがって、画像に複数の角度から光を効率よく照射することができる。また、反射器が複数の反射面によって形成されるため、反射器の形状の自由度が高く、画像読取装置内のスペースや温度などといった制約を満たしつつ、光を効率よく照射できる。
また、本発明の画像読取装置において、上記光源が、所定の方向に延びる、第1の点の連なりに相当する長手形状を有するものであり、
反射器が、所定の方向に延びた長手形状を有し、光源から発せられた光を第2の点の連なりに相当する、所定の方向に延びたライン状に集光するものであり、
画像読取部が、画像上の、反射器によって光が集光されるライン状の位置を読み取るものであることが好適である。
本発明の好適な形態の画像読取装置によると、画像をライン単位で効率よく読み取ることができる。
また、本発明の画像読取装置において、上記光源が、所定の主方向に延びる、第1の点の連なりに相当する長手形状を有するものであり、
反射器が、主方向に延びた長手形状を有し、光源から発せられた光を第2の点の連なりに相当する、主方向に延びたライン状に集光するものであり、
画像読取部が、画像上の、反射器によって光が集光されるライン状の位置を、主方向と交わる副方向に、画像に対して相対的に移動させながら各位置での反射光を受光して画像を読み取るものであることが好ましい。
光が集光されるライン状の位置が副方向に移動されることによって、画像がライン単位で自動的に読み取られる。
本発明によれば、装置内のスペースや温度などの制約を満たすとともに、光を多方向から効率よく照射することができる画像読取装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図5は、本発明の画像読取装置の一実施形態である画像読取装置の主要部を示す概略構成図である。
図5に示すように、この画像読取装置100には、原稿1に向けて光を発するとともに、その光が原稿1上で反射された反射光L0を第1反射ミラー122で反射させることによって第2反射ユニット130に導く第1反射ユニット120と、第1反射ユニット120からの反射光L0を内部で2回反射させることによって画像読取ユニット140に導く第2反射ユニット130と、第2反射ユニット130からの反射光L0を受け取って、反射光L0を表わす受光信号を生成する画像読取ユニット140と、画像読取ユニット140からの受光信号を処理して出力する信号処理部(図示しない)と、これらのユニットを収納する本体筐体150とが備えられており、さらに、本体筐体150には、上面に原稿1が載置される読取り窓110、および読取り窓110に載置される原稿1を読取り窓110に密着させるための原稿押さえ111が設けられている。
次に、図5に示された各要素の機能について説明する。
本体筐体150の上部に設置された読取り窓110は、ガラスなどで構成される透明板であり、本体筐体150に水平に設置されている。読取り窓110上には、原稿1が、画像が形成された面(表面)を読取り窓110側に向けて載置され、原稿押さえ111によって、原稿1の表面が読取り窓110に密着される。
本体筐体150内の読取り窓110の下方には、第1反射ユニット120が設置されている。第1反射ユニット120には、読取り窓110に密着された原稿1を照明する光源121bと、光源121bからの光線が効率よく原稿1を照明するように光線を収束させる反射器121aとで構成される照明装置121、および照明装置121から発せられて原稿1上で反射された反射光L0を第2反射ユニット130に導くための第1反射ミラー122が備えられており、さらに、第1反射ユニット120には、CPU145からの指示に従って第1反射ユニット120全体を矢印Aおよび矢印B方向に往復移動させる移動機構(図示しない)が取り付けられている。この光源121bは、本発明の画像読取装置における光源の一例にあたり、反射器121aは、本発明の画像読取装置における反射器の一例に相当する。
第1反射ユニット120を構成する光源121b、反射器121a、および第1反射ミラー122は、図面に対して奥行き方向に延びる長手形状を有している。したがって、光源121bから発せられた光は、原稿1を、奥行き方向に延びるライン状に照射し、そのようなライン状の照射位置から反射されたライン状の反射光L0が第2反射ユニット130に導かれる。また、CPU145からの指示に従って、第1反射ユニット120が移動機構によって矢印A方向に移動されると、原稿1上の照射位置も矢印A方向に移動し、新しい照射位置からの反射光が第2反射ユニット130に導かれる。
第2反射ユニット130は、第1反射ユニット120からの反射光L0を反射して画像読取ユニット140に導く第2反射ミラー131、および第3反射ミラー132を備えている。ここで、第2反射ミラー131は、第1反射ミラー122に平行に配置され、第3反射ミラー132は、第1反射ミラー122及び第2反射ミラー131に対して直交する向きに配置されている。
この第2反射ユニット130を構成する第2反射ミラー131と第3反射ミラー132も、奥行き方向に延びる長手形状を有しており、第2反射ユニット130から画像読取ユニット140に奥行き方向に幅を持った反射光L0が出射される。
画像読取ユニット140には、複数のレンズで構成され、第2反射ユニット130から出射された反射光L0を光束分離光学素子142上に結像する結像レンズユニット141と、入射された反射光L0をR,G,Bの3色に対応する3本の光束143a,143b,143cに分離する光束分離光学素子142と、光束分離光学素子142で分離された3色の光束143a,143b,143cそれぞれに対応する3本のCCDラインセンサ144a,144b,144cによって構成される3ラインセンサ144と、画像読取装置100を構成する各種要素の制御や信号処理などを行うCPU145とが備えられている。画像読取ユニット140は、本発明の画像読取装置における画像読取部の一例に相当する。
結像レンズユニット141、光束分離光学素子142、3ラインセンサ144は、長手形状を有しており、3本のCCDラインセンサ144a,144b,144cは、1つの基体上に互いに平行に配設されて構成されている。CCDラインセンサ144a,144b,144cには、長手方向に幅を持った光束143a,143b,143cがそれぞれに入射され、CCDラインセンサ144a,144b,144cでは、こららの光束143a,143b,143cが受光信号に変換される。受光信号が生成されると、CPU145は、受光信号を画像データに変換するとともに、第1反射ユニット120に指示を与えて第1反射ユニットを矢印A方向に移動させる。このような処理が連続して行われ、原稿1上の画像が読み取られると、CPU145で生成された画像データは外部の画像形成装置(図示しない)や記憶装置(図示しない)などへ出力される。
ここで、以下では、第1反射ユニット120内に備えられた照明装置121について詳しく説明する。
照明装置121は、光源121bと、その光源121bを取り囲む反射器121aとで構成されている。この画像読取装置100で原稿1を高精度に読み取るためには、原稿1に効率よく光を照射するとともに、多方向から原稿1に光を照射する必要がある。本実施形態においては、反射器121aの、光源121bと対向する側の面(以下では、この面を対向面と称する)に、以下説明するような工夫がなされており、光源121bから発せられた光は多方向から効率よく原稿1に照射される。
図6は、楕円を示す図である。
上述したように、楕円C0には2つの焦点F0,F0´が存在し、片側の焦点(例えば、上側の焦点F0)から発せられた光は、楕円C0内で反射した後、他方の焦点(例えば、下側の焦点F0´)上に集光される。楕円C0を表わす数式は、楕円の長径を2a、短径を2bとすると、下式のようになる。
2/a2+y2/b2=1
このとき、焦点F0,F0´の位置は、楕円C0の中心Oから長径方向に距離fだけ離れた2点となる。この距離fは、以下の式で示される値である。
距離f=(a2−b21/2
したがって、上記式を満たす任意の値aと値bとの組み合わせを選択することによって、2つの焦点F0,F0´を共通の焦点とする複数の楕円が決定される。
図7は、楕円C0の2つの焦点F0,F0´を共通の焦点とする複数の楕円を示す図である。
図7には、図6にも示す楕円C0の2つの焦点F0,F0´を共通の焦点とする楕円C1,C2,C3,C4,C5が示されている。例えば、上側の焦点F0から発せられた光Lは、楕円C0,C1,C2,C3,C4,C5それぞれで反射されると、それぞれに異なる角度S0,S1,S2,S3,S4,S5で下側の焦点F0´に集光される。
図8は、図5にも示す反射器121aの拡大図である。
図8に示す反射器121aの対向面は、各断面形状が図7に示す楕円C0,C1,C2,C3,C4,C5それぞれの一部となっている複数の反射部分121a´を有している。図5に示す画像読取装置100では、楕円C0,C1,C2,C3,C4,C5の上側の焦点F0の位置に光源121bが配置され、下側の焦点F0´の位置に原稿1がくるように読取り窓110が設置される。光源121bから発せられた光は、反射器121aの複数の反射部分121a´それぞれで反射されて、それらの反射光が下側の焦点F0´上に配置された原稿1に相互に異なる角度で集光される。複数の反射部分121a´は、本発明にいう複数の反射部の一例にあたる。
図9は、照明装置121から発せられた光が原稿1に照射されたときのイメージを示す図である。
図9のパート(A)では、照明装置121から発光された光L0が、複数のトナー画像1aが形成された原稿1に照射されている。光L0は、照明装置121内に備えられた光源121bで発せられた後、図8に示す複数の反射部分121a´それぞれで反射されて、多方向から原稿1に照射される。このため、図9のパート(B)に示すように、トナー画像1aに影ができず、トナー画像1aを精度良く読み取ることができる。
また、図8に示すように、反射器121aは、上側の反射部分121a´が最も小さい楕円C0の一部で構成されており、光源121bとの距離が近接しているため、高さ方向に配置スペースのゆとりがない場合であっても適用することができる。
以上で、本発明の第1実施形態の説明を終了し、本発明の第2実施形態について説明する。尚、以下では、第1実施形態との共通点については説明を省略し、第1実施形態との相違点のみ説明する。
図10は、本発明の第2実施形態である画像読取装置の概略構成図である。
図10に示す画像読取装置200は、オペレータが原稿1上で矢印C方向にゆっくりと移動させることによって原稿1の画像を読み取る小型装置である。照明装置210の内部に備えられた光源から発せられた光は、照明装置210の内部に備えられた反射器で反射されて原稿1に集光される。原稿1上で反射された反射光は、レンズ220を介してラインCCD230上に結像され、ラインCCD230で原稿1上の画像がライン状に読み取られる。オペレータによって、画像読取装置200が矢印C方向に移動されると、光の照射位置が移動されて、ラインCCD230において次の照射位置が読み取られる。原稿1上で画像読取装置200が移動され、画像が読み取られると、信号処理部(図示しない)において、ラインCCD230から出力された受光信号に基づいて、画像の濃度や色相などが算出される。算出された値は、画像読取装置200に設けられた表示部(図示しない)に表示されて、オペレータに通知される。
図11は、本実施形態の画像読取装置200に備えられた反射器211を示す図である。
本実施形態の反射器211は、光源211と対向する側の対向面が、楕円C0,C1,C2,C3それぞれの曲面の一部からなる複数の反射部分212´で構成されている。しかし、本実施形態の反射器211は、光源211に近い上側の反射部分212´が、大きい楕円C3の一部で構成されており、反射器121aと光源211との間が広く空けられている。例えば、光源211としてハロゲンランプを用いる場合、光源211の発光量が増加するが、発熱量も増加する。このため、反射器121aと光源211との距離が近すぎると、反射器121aが熱くなり、変形してしまったり、危険であるという問題がある。本実施形態の反射器121aによると、反射器121aと光源211との間が広く空けられているため、反射器121aの温度上昇を軽減することができる。
ここで、上記では、本発明にいう画像読取部の一例として、3ラインセンサが示されているが、本発明にいう画像読取部は、例えば、MOSなどであってもよい。
また、上記では、本発明の画像読取装置を、画像を読み取る専用の画像読取装置に適用する例について説明したが、本発明にいう画像読取装置は、コピー機などに適用するものであってもよい。
楕円と、楕円内に放射された光線の光路との関係を示す図である。 画像の両側45°の方向から光を照射したときのイメージを示す図である。 画像の両側45°の方向から光を照射したときのイメージを示す図である。 画像に多方向から光を照射したときのイメージを示す図である。 本発明の画像読取装置の一実施形態である画像読取装置の主要部を示す概略構成図である。 楕円を示す図である。 楕円C0の2つの焦点F0,F0´を共通の焦点とする複数の楕円を示す図である。 図5にも示す反射器121aの拡大図である。 照明装置121から発せられた光が原稿1に照射されたときのイメージを示す図である。 本発明の第2実施形態である画像読取装置の概略構成図である。 本実施形態の画像読取装置200に備えられた反射器211を示す図である。
符号の説明
1 原稿
100 画像読取装置
110 読取り窓
111 原稿押さえ
120 第1反射ユニット
121a 反射器
121a´ 反射部分
121b 光源
121 照明装置
122 第1反射ミラー
130 第2反射ユニット
131 第2反射ミラー
132 第3反射ミラー
140 画像読取ユニット
141 結像レンズユニット
142 光束分離光学素子
144a,144b,144c CCDラインセンサ
144 3ラインセンサ
150 本体筐体

Claims (2)

  1. 相互に異なる第1の点および第2の点のうちの該第1の点上に設けられた、光を発する光源であって、この光源が所定の方向に延びる、前記第1の点の連なりに相当する長手形状を有する光源と
    前記所定の方向に延びた長手形状を有し、前記第1の点及び前記第2の点を共通の焦点とした互いに大きさが異なる複数の楕円それぞれの一部からなる各断面形状を有する複数の反射面を備え、それら複数の反射面で、前記光源から発せられた光を前記第2の点の連なりに相当する、該所定の方向に延びたライン状に集光する、該第2の点に向けて開いた反射器と、
    前記第2の点上に配置されて前記光源及び前記反射器によって光が照射される画像によって反射された反射光を受光して該画像を読み取る画像読取部であって、前記反射器によって光が集光されるライン状の位置を読み取る画像読取部とを備え、
    前記反射器は、光源に近い反射部分の断面形状ほど小さい楕円で構成されたものであることを特徴とする画像読取装置。
  2. 前記画像読取部が、前記画像上の、前記反射器によって光が集光されるライン状の位置を、前記所定の方向である主方向と交わる副方向に、該画像に対して相対的に移動させながら各位置での反射光を受光して該画像を読み取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。
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