JP4806938B2 - 画像読み取り装置 - Google Patents

Description

本発明は画像読み取り装置に関し、特に原稿をイメージセンサに結像させるためのレンズを複数備える画像読み取り装置に関する。

従来、解像度の異なる複数のレンズを備え、原稿種に応じてレンズを切り換えるイメージスキャナが知られている（例えば特許文献１）。
正確に原稿を読み取るためには、イメージセンサの受光面と各レンズの光軸が垂直になるようにイメージセンサ及びレンズを固定しなければならない。しかし、特許文献１に記載されたイメージスキャナによると、部品の寸法公差による各レンズの光軸方向のばらつきを補正する機構がないため、厳密な寸法公差の管理により製造コストが増大したり、高い読み取り精度を得られないという問題がある。

米国特許第５５７６８９７号明細書

本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであって、複数のレンズを切り換えて原稿を読み取る画像読み取り装置における読み取り精度の向上を目的とする。

（１）上記目的を達成するための画像読み取り装置は、プラテンと、イメージセンサと、第一鏡筒と、前記第一鏡筒に保持され、前記プラテンに位置決めされた原稿を前記イメージセンサに結像させるための第一レンズと、前記第一レンズの光軸を任意の方向に向けた姿勢で前記第一鏡筒を搭載可能なレンズキャリッジと、前記第一レンズの光軸を任意の方向に向けた姿勢で前記第一鏡筒を前記レンズキャリッジに固定するレンズ調整部と、前記レンズキャリッジに搭載される第二鏡筒と、前記第二鏡筒に保持され、前記プラテンに位置決めされた原稿を前記イメージセンサに結像させるための第二レンズと、前記レンズキャリッジを駆動することにより、前記原稿から前記イメージセンサに到る光路上に前記第一レンズが位置する第一状態と前記光路上に前記第二レンズが位置する第二状態とを切り換えるレンズ切り換え部と、を備える。

本発明によると、２つのレンズの少なくとも１つは、その光軸を任意の方向に向けた姿勢でレンズキャリッジに固定できるため、それぞれの光軸が互いに平行になる姿勢で２つのレンズをレンズキャリッジに搭載することができる。したがって本発明によると、複数のレンズを切り換えて原稿を読み取る画像読み取り装置における読み取り精度を向上させることができる。

（２）前記レンズキャリッジは、前記イメージセンサの受光面と直交する方向に往復移動可能に前記第一鏡筒を搭載してもよい。前記レンズ調整部は、前記受光面から任意の距離にある位置で前記第一鏡筒を前記レンズキャリッジに固定してもよい。
第一レンズの光軸の方向調整によってイメージセンサの受光面から第一レンズまでの距離が変動する。本発明によると、第一レンズの光軸の方向調整に応じてイメージセンサの受光面から第一レンズまでの距離を調整できるため、読み取り精度をさらに向上させることができる。

（３）前記レンズキャリッジは、前記イメージセンサの受光面と平行な方向に往復移動可能に前記第一鏡筒を搭載してもよい。前記レンズ調整部は、前記受光面と平行な平面上の任意の位置で前記第一鏡筒を前記レンズキャリッジに固定してもよい。
第一レンズの光軸の方向調整によって光軸がイメージセンサの受光面に交わる点が変動する。本発明によると、第一レンズの光軸の方向調整に応じて受光面と平行な平面上で第一レンズの位置を調整できるため、読み取り精度をさらに向上させることができる。

以下、複数の実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。各実施例において同一の符号が付された構成要素は、その符号が付された他の実施例の構成要素と対応する。
（第一実施例）
図２は、本発明に係る画像読み取り装置の第一実施例としてのイメージスキャナ１の内部構造を示す模式図である。図３は、イメージスキャナ１のハードウェアの主要構成を示すブロック図である。イメージスキャナ１は、請求項に記載のプラテンとしての原稿台３２に載置された原稿３４を読み取る所謂フラットベッド型である。
原稿台３２はガラス板等の透明板で形成され、その盤面上に印刷文書、写真、書籍、３５ｍｍストリップフィルム、３５ｍｍマウントフィルム等の原稿３４が載置される。

メインキャリッジ２０は、原稿台３２の盤面に対し平行なガイドロッド３０に摺動自在に嵌合している。メインキャリッジ２０は第一光源２４、ミラー２２、レンズユニット１０、及びイメージセンサ２８を搭載している。メインキャリッジ２０は図示しないメインキャリッジ搬送用モータによって駆動されるプーリに掛けられたベルトに牽引され、原稿台３２の盤面と平行に矢印Ｘ、Ｙの方向に往復移動する。第一光源２４、ミラー２２、レンズユニット１０、及びイメージセンサ２８がメインキャリッジ２０によって原稿台３２の盤面と平行な矢印Ｘ、Ｙの方向に運搬されると、原稿を読み取る主走査範囲が移動する。

第一光源２４及び第二光源３６は、白色冷陰極蛍光ランプ等の照明装置である。第一光源２４と第二光源３６は原稿台３２に載置された原稿３４を照明する。
ミラー２２及びレンズユニット１０に搭載されたレンズ１２または１３（図３参照）は、第一光源２４に照明された原稿３４の反射光と、第二光源３６に照明された原稿３４の透過光とをイメージセンサ２８の受光面に入射させる。このとき、ＣＰＵ６０により選択されたレンズ１２または１３のいずれか一方の光軸は、原稿３４からミラー２２を経てイメージセンサ２８に到る光路上に定位する。レンズユニット１０の詳細については後述する。

イメージセンサ２８は、フォトダイオード等で構成される図示しない光電変換素子が直線的に多数配列された所謂リニアイメージセンサである。イメージセンサ２８は多数の光電変換素子が管状の第一光源２４の中心軸線と平行に並ぶ姿勢でメインキャリッジ２０に搭載されている。イメージセンサ２８は、取り付け時に受光面の向き及び位置が調整可能に、メインキャリッジ２０に固定されている。イメージセンサ２８の各光電変換素子には受光量に応じた電荷が光電変換により蓄積される。各光電変換素子に蓄積された電荷は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）によってイメージセンサ２８の出力部に転送される。この電荷転送は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）によって行われてもよい。イメージセンサ２８から出力されるアナログ信号は、ＡＦＥ部７６（図３参照）に出力される。

ＣＰＵ６０はＲＯＭ８２に記憶されているプログラムを実行してイメージスキャナ１の各部を制御する。ＲＯＭ８２は各種プログラム、各種データなどを記憶する不揮発性のメモリである。これらのプログラムや各種のデータは、所定のサーバからのネットワークを介したダウンロード、図示しないリムーバブルメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体からの読み出し等によってＲＯＭ８２に格納することもできる。ＲＡＭ７４は各種プログラム、各種データなどを一時的に記憶するメモリである。ＲＡＭコントローラ７２は、ＣＰＵ６０、ＡＦＥ部７６、画像処理部７８、外部インタフェースコントローラ８０等とＲＡＭ７４との間のデータ転送を制御する。

第一光源コントローラ６２は、図示しないインバータ回路、制御回路等から構成され、第一光源２４の点灯、消灯を制御する。第二光源コントローラ６４は、インバータ回路、制御回路等から構成され、第二光源３６の点灯、消灯を制御する。
イメージセンサコントローラ７０はイメージセンサ２８を駆動するために必要な駆動パルスをイメージセンサ２８に出力する駆動回路であり、例えば同期信号発生器、駆動用タイミングジェネレータ等から構成される。

メインキャリッジコントローラ６８は、上述の図示しないメインキャリッジ搬送用モータ、メインキャリッジ搬送用モータ駆動回路、制御回路等から構成される。メインキャリッジコントローラ６８は、ＣＰＵ６０から送信されるメインキャリッジ搬送制御信号を受信し、メインキャリッジ搬送用モータの回転方向、回転速度等を制御する。
レンズユニットコントローラ６６は、レンズユニット１０を駆動するモータ５０の駆動回路、制御回路等から構成される。レンズユニットコントローラ６６は、ＣＰＵ６０から送信されるレンズ交換信号を受信し、モータ５０の回転方向、回転速度及び回転角度を制御する。

アナログフロントエンド（ＡＦＥ）部７６は、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理、画像の黒レベルを再現するためのオプティカル・ブラック・クランプ制御、画像の電気信号のゲインの調整による電気信号のレベル調整処理、量子化処理等を行ってディジタル化されたスキャン画像をＲＡＭコントローラ７２を介してＲＡＭ７４に格納する。
画像処理部７８は、ＲＡＭ７４に記憶されているスキャン画像に対し、ガンマ補正、シェーディング補正等の画像処理を施すための信号処理をＣＰＵ６０と協働して行うＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。
外部インタフェースコントローラ８０は、イメージスキャナ１とＰＣ（Personal Computer）等の外部システムとを通信可能に接続する。

図４は、レンズユニット１０を示す斜視図である。レンズユニット１０はメインキャリッジ２０に収容され、第一レンズ１２、第一鏡筒１００、第一ホルダ１０２、第二レンズ１３、第二鏡筒１１５、第二ホルダ１１６、ラック１６、レンズキャリッジ１４等を備える。主走査方向に伸びる図示しないシャフトがレンズキャリッジ１４の軸受け１１１、１１２に挿入される。ラック１６は、レンズキャリッジ１４に固定されており、メインキャリッジ２０に回転自在に支持される平歯車４６と噛み合っている。モータ５０が駆動されると、モータ５０に連結されたウォーム、ウォームホイール等の駆動伝達機構５２により平歯車４６が従動し、レンズユニット１０はシャフトに沿って原稿台３２に平行にメインキャリッジ２０内を移動する。モータ５０及び駆動伝達機構５２は請求項に記載のレンズ切換部に相当する。尚、本実施例において、レンズキャリッジ１４は主走査方向に延びるシャフトに摺動自在に嵌合しているとしたが、メインキャリッジ２０に回転可能に支持されていてもよい。また、本実施例では、キャリッジ移動型のフラットベッドスキャナについて説明するが、本発明はシートフィード型スキャナに適用することもできる。

第一レンズ１２と第二レンズ１３は解像度が異なる。設定された解像度に応じて第一レンズ１２、第二レンズ１３いずれかの光軸を、中心光路に定位させることにより、画像を読み取る解像度を設定された解像度に変化させることができる。尚、中心光路とは主走査線の中央から主走査線に対して垂直な方向に伸び、ミラー２２を経由してイメージセンサ２８の中央付近の所定画素に到る光路をいうものとする。ただし、第一レンズ１２及び第二レンズ１３の光軸をそれぞれイメージセンサ２８とどのように位置合わせした状態で原稿３４を読み取るかは、適宜選択可能な設計事項である。第一レンズ１２の光軸が中心光路に定位している状態は、請求項に記載の第一状態、第二レンズ１３の光軸が中心光路に定位している状態は、請求項に記載の第二状態に相当する。第一状態と第二状態の切換は、ＣＰＵ６０が外部インタフェースコントローラを介して接続されている図示しないＰＣにおいてユーザにより入力された原稿の種類や解像度設定に応じてレンズユニットコントローラ６６を制御し、原稿の種類や設定された解像度に応じた第一レンズ１２または第二レンズ１３の光軸が中心光路上に位置するようにレンズユニット１０を移動させることにより行われる。尚、第一レンズ１２と第二レンズ１３とは、解像度が等しいレンズでもよい。

図１は、レンズユニット１０を原稿台３２側から見た平面図である。
第一鏡筒１００は第一ホルダ１０２によってレンズキャリッジ１４に固定される。第一ホルダ１０２は請求項に記載のレンズ調整部に相当する。第一ホルダ１０２は、内径が第一鏡筒１００の外径にほぼ一致している円筒状に形成されている。第一鏡筒１００は、第一鏡筒１００に形成された環状溝１０１に差し込まれる固定ねじ１０４により、第一ホルダ１０２に対して位置決めされる。第一ホルダ１０２は、レンズキャリッジ１４に形成された雌ねじ１１０にねじ込まれる調整ねじ１０８によってレンズキャリッジ１４に固定される。第二鏡筒１１５はレンズキャリッジ１４に形成された半円柱形の溝１１４に収容され、固定ねじ１１８によりレンズキャリッジ１４に固定される第二ホルダ１１６とレンズキャリッジ１４とによって狭持される。

ここで第一鏡筒１００の取付姿勢及び取付位置を調整するための構造を詳細に説明する。第一ホルダ１０２には原稿台３２と平行になる板状の突部１１３を有する。突部１１３はレンズキャリッジ１４の原稿台３２と平行になる壁面１４ｆに載置される。突部１１３には調整ねじ１０８が挿入される調整孔１０６が形成されている。調整ねじ１０８は請求項に記載のレンズ調整部に相当する。円形の調整孔１０６の口径ｄ１は、調整ねじ１０８の軸部の外径ｄ２より大きい。したがって、ワッシャ１１２を間に挟んで調整ねじ１０８で第一ホルダ１０２をレンズキャリッジ１４に押し付けて固定していない状態では、調整ねじ１０８が調整孔１０６の内部で移動できる範囲で、第一ホルダ１０２及び第一鏡筒１００は原稿台３２に平行な面上で自由に移動可能である。

以上、本発明の第一実施例によるイメージスキャナ１の構成について説明した。次に、
イメージスキャナ１における第一レンズ１２、第二レンズ１３及びイメージセンサ２８の取付位置及び取付姿勢の調整方法の一例について説明する。
図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、第一レンズ１２、第二レンズ１３及びイメージセンサ２８の取付位置及び取付姿勢の調整方法を示す模式図である。始めに、図５（Ａ）に示すように、レンズキャリッジ１４に固定された第二レンズ１３の光軸が中心光路に定位する第二状態にする。次に、ＭＴＦ（振幅伝達関数）を検出するための縞模様１２２や中心光路を検出するためのマーク１２４等が描画されたテストチャート１２０を原稿台３２に載置する。次に、テストチャートをイメージスキャナ１に読み取らせ、イメージセンサ２８からの出力信号を解析するモニタ１２６等を用いて、イメージセンサ２８の受光面が第二レンズ１３の光軸に対して垂直で、かつイメージセンサ２８の中心が第二レンズの光軸上に位置するように、イメージセンサ２８の姿勢及び位置を調整する。このとき、モニタ１２６には例えば、イメージセンサ２８からの出力信号に基づいて、縞模様１２２の明暗に対応するイメージセンサ２８の出力レベルを波形表示され、マーク１２４に対応する画素位置が基準位置と重なって表示される。イメージセンサ２８の取付位置及び取付姿勢の調整が終了すると、第一レンズ１２の方向調整を行う。第一レンズ１２の姿勢調整及び位置調整は、モータ５０を回転させて図５（Ｂ）、（Ｃ）に示す第一状態に遷移させた状態で例えば次のように実施する。まずテストチャート１２０の画像を再度イメージスキャナ１に読み取らせる。次に、モニタ１２６を確認しながら、ＭＴＦが最適となるように、調整ねじ１０８をゆるめた状態で第一鏡筒１００及び第一ホルダ１０２を移動させる。また、モニタを確認しながら、マーク１２４に対応する画素位置が基準位置と重なるように、第一鏡筒１００及び第一ホルダ１０２をイメージセンサ２８の受光面に平行な方向に移動させる。最適に調整された状態では、イメージセンサ２８の受光面全体が第一レンズ１２の焦点深度内入り、第一レンズ１２の光軸はイメージセンサ２８に垂直で第二レンズ１２の光軸と平行になり、第一レンズ１２の光軸が中心光路に定位する。第一鏡筒１００の取付姿勢と取付位置の調整が完了した後、調整ねじ１０８を締め込み、第一鏡筒１００をレンズキャリッジ１４に固定する。

本発明の第一実施例によれば、第一レンズ１２の取付姿勢及び取付位置の調整が可能であるため、第一レンズ１２を最適な位置に最適な姿勢でレンズキャリッジ１４に固定できる。したがって、第一レンズ１２と第二レンズ１３を切り換えて原稿を読み取るイメージスキャナ１における読み取り精度を向上させることができる。
（第二実施例）

図６は、本発明の第二実施例によるレンズユニット１０の模式図である。図示しない第一鏡筒は、円筒状の第一ホルダ１０２の内壁面に固定されている。第一ホルダ１０２は、鏡筒テーブル１３０にねじ込まれ第一ホルダ１０２の回転中心となる固定ねじ１３２と、第一調整孔１３４を貫通して鏡筒テーブル１３０にねじ込まれている第一調整ねじ１３６とにより、鏡筒テーブル１３０に固定されている。第一調整孔１３４の形状は、第一ホルダ１０２が固定ねじ１３２を搖動軸として搖動したときにある範囲で搖動可能な円弧状に形成されている。鏡筒テーブル１３０は、原稿台３２に平行な板状の部材で、主走査方向に長い２つの第二調整孔１４０を備える。鏡筒テーブル１３０は、第二調整孔１４０を貫通する第二調整ねじ１３８により、レンズキャリッジ１４に固定される。第一レンズ１２は、第二調整ねじ１３８がゆるんだ状態ではイメージセンサ２８の受光面に平行な方向に往復移動可能である。

第二実施例によるレンズユニット１０は以上のように構成されているので、第一レンズ１２の光軸の方向の調整を行うときは、第二調整ねじ１３８を締めてイメージセンサ２８の受光面に平行な方向の位置は固定し、第一調整ねじ１３６を緩め、第一ホルダ１０２を固定ねじ１３２を軸として搖動させて光軸の方向の調整を行った後、第一調整ねじ１３６を締める。次に、第二調整ねじ１３８を緩め、イメージセンサ２８の受光面に平行な方向に鏡筒テーブル１３０を移動させ、第一レンズ１２の位置の調整を行う。すなわち、本発明の第二実施例によるレンズユニット１０は、第一レンズ１２の光軸の方向の調整の行程とイメージセンサ２８の受光面に平行な方向の位置の調整の行程とを順次別々に行うことができる。

（第三実施例）
図７は、本発明の第三実施例によるレンズユニット１０の模式図である。図示しない第一鏡筒１００は円筒状の第一ホルダ１０２の内壁に固定されている。第一ホルダ１０２は、固定ねじ１３２を軸として揺動可能に第一鏡筒テーブル１６４に係止されている。第三調整ねじ１６２は第一鏡筒テーブル１６４に固定されたナット１６６にねじ込まれ、先端は第一ホルダ１０２に当接している。調整ばね１６０は、第一鏡筒テーブル１６４に一端が当接し、他端は第一ホルダ１０２に係止される。調整ばね１６０は、第一ホルダ１０２を第三調整ねじ１６２に押し付ける方向に押し付けるため、第一ホルダ１０２は第三調整ねじ１６２の先端に当接した位置で定位する。第三調整ねじ１６２を回転させると、第三調整ねじ１６２の先端の位置に応じて第一ホルダ１０２は固定ねじ１３２を回転軸として回転する。すなわち、第三調整ねじ１６２を回転させることにより、第一レンズの光軸の方向を調整することができる。

第一鏡筒テーブル１６４は、原稿台３２に平行な板状の部材で、主走査方向に長い２つの第三調整孔１７０を備える。第一鏡筒テーブル１６４は、第三調整孔１７０を貫通する第四調整ねじ１６８により、第二鏡筒テーブル１５０に固定される。第三調整孔１７０を緩めた状態では、第一レンズは第一鏡筒テーブル１６４とともにイメージセンサ２８の受光面に平行な方向（主走査方向）に往復移動可能である。第二鏡筒テーブル１５０は、原稿台３２に平行な板状の部材で、副走査方向に長い第四調整孔１５４を備える。第二鏡筒テーブル１５０は、第四調整孔１５４を貫通する第五調整ねじ１５２により、レンズキャリッジ１４に固定される。第五調整ねじ１５２を緩めた状態では、第一レンズ１２は第二鏡筒テーブル１５０とともにイメージセンサ２８の受光面に垂直な方向（副走査方向）に往復移動可能である。

第三実施例によるレンズユニット１０は以上のように構成されているので、第三調整ねじ１６２を回転させることにより第一ホルダ１０２に固定された第一レンズの光軸の方向を調整することができる。第四調整ねじ１６８を緩めた状態では、イメージセンサ２８の受光面に平行な方向に第一鏡筒テーブル１６４を移動させることにより、第一レンズのイメージセンサ２８の受光面に平行な方向の位置の調整を行うことができる。第五調整ねじ１５２を緩めた状態では、イメージセンサ２８の受光面に垂直な方向に第二鏡筒テーブル１５０を移動させることにより、第一レンズのイメージセンサ２８の受光面に垂直な方向の位置の調整を行うことができる。すなわち、第一レンズの光軸の方向の調整と、第一レンズのイメージセンサ２８の受光面に平行な方向の位置の調整の行程と、第一レンズのイメージセンサ２８の受光面に垂直な方向の位置の調整の行程とを順次別行程で行うことができる。
尚、本発明の実施例においては、第二レンズ１３を固定し、イメージセンサ２８の位置及び姿勢を調整したが、第二レンズ１３が調整可能でイメージセンサ２８の位置及び姿勢が調整不能な構造にしてもよい。また、イメージスキャナに本発明を適用した例を説明したが、ファクシミリ、複写機、複合機等にも本発明を適用することができる。

本発明の第一実施例に係るレンズユニットの平面図。 本発明の第一実施例に係るイメージスキャナの内部構造を示す模式図。 本発明の第一実施例に係るイメージスキャナを示すブロック図。 本発明の第一実施例に係るレンズユニットの斜視図。 本発明の第一実施例に係る模式図。 本発明の第二実施例に係るレンズユニットの模式図。 本発明の第三実施例に係るレンズユニットの模式図。

符号の説明

１２：第一レンズ、１３：第二レンズ、レンズ切換部１４：レンズキャリッジ、２８：イメージセンサ、３２：原稿台（プラテン）、５０：モータ（レンズ切換部）、５２：駆動伝達機構（レンズ切換部）、１００：第一鏡筒、１０２：第一ホルダ（レンズ調整部）、１０８：調整ねじ（レンズ調整部）、１１５：第二鏡筒

Claims (3)

1. プラテンと、
   イメージセンサと、
   第一鏡筒と、
   第二鏡筒と、
   前記第一鏡筒に保持され、前記プラテンに位置決めされた原稿を前記イメージセンサに結像させるための第一レンズと、
   前記第二鏡筒に保持され、前記プラテンに位置決めされた原稿を前記イメージセンサに結像させるための第二レンズと、
   前記第１レンズを保持する前記第一鏡筒及び前記第二レンズを保持する前記第二鏡筒を搭載可能なレンズキャリッジと、
   前記第一レンズの光軸を調整して前記第一鏡筒を前記レンズキャリッジに固定するレンズ調整部と、
   前記レンズキャリッジを駆動することにより、前記原稿から前記イメージセンサに到る光路上に前記第一レンズが位置する第一状態と前記光路上に前記第二レンズが位置する第二状態とを切り換えるレンズ切換部と、
   を備え、
   前記イメージセンサは、当該イメージセンサの受光面が前記第二レンズの光軸に対して垂直な姿勢に調整され、
   前記第一鏡筒は、前記第一レンズの光軸が前記イメージセンサの受光面に垂直な姿勢に調整されて前記レンズキャリッジに固定され、
   前記第二鏡筒は、前記レンズキャリッジに形成された溝に収容されて当該レンズキャリッジに固定されていることを特徴とする画像読み取り装置。
2. 前記レンズキャリッジは、前記イメージセンサの受光面と直交する方向に往復移動可能に前記第一鏡筒を搭載し、
   前記レンズ調整部は、前記受光面から任意の距離にある位置で前記第一鏡筒を前記レンズキャリッジに固定することを特徴とする請求項１に記載の画像読み取り装置。
3. 前記レンズキャリッジは、前記イメージセンサの受光面と平行な方向に往復移動可能に前記第一鏡筒を搭載し、
   前記レンズ調整部は、前記受光面と平行な平面上の任意の位置で前記第一鏡筒を前記レンズキャリッジに固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読み取り装置。

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