JP5404298B2 - 画像読取装置の検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

本発明は画像読取装置の検査方法に関し、特にカラー画像を読み取る読取装置の色ズレ性能を検査、評価する検査装置に関するものである。

従来、原稿面上の画像情報を読み取るフラットベッド型の画像読取装置（イメージスキャナー）において、装置の構造の簡素化を図るため、反射ミラー、結像光学系、ラインセンサ等を一体化して原稿面を走査するキャリッジ一体型走査方式が採用されている。

従来のキャリッジ一体型走査方式の画像読取装置において、照明光源から放射された光束は、原稿台に載置した原稿を照明し、原稿からの反射光束をキャリッジ内部において複数の反射ミラーを用いて反射させることでその光路を折り曲げ、結像光学系によりラインセンサ面上に結像させている。そして、キャリッジを副走査モータにより原稿面に対して副走査方向に移動させることにより原稿の画像情報を読み取っている。ラインセンサは複数の受光素子を主走査方向に配列した構成により構成される。

図９は画像読み取り光学系の基本構成の説明図である。Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色を読み取るラインセンサ８５Ｒ，８５Ｇ，８５Ｂは、結像光学系８４を介して、それぞれ原稿面上の読み取り範囲８７Ｒ，８７Ｇ，８７Ｂの画像情報を読み取る。キャリッジが原稿面に対して移動することにより、ある時間間隔をおいて原稿面の同一箇所を異なる色光で読み取ることができる。結像光学系８４が回転対称面を有する共軸レンズ系からなる場合には、レンズ材料の特性に起因する軸上色収差や倍率色収差が発生する。このため基準のラインセンサ８５Ｇに対し、ラインセンサ８５Ｂ，８５Ｒに結像されるライン像にデフォーカスあるいは位置ズレが発生し、各色の画像を重ね合わせると、色にじみや色ズレの目立つ画像になる。

結像光学系の像面側にアナモフィック面を配置した非回転対称面を有する共軸レンズ系を導入した結像光学系（特許文献１）においては、レンズ材料の特性に起因する色収差に加え、非回転対称面の製造誤差による副走査方向の歪曲が発生し易い。特許文献２は、非共軸光学系において、基準軸という概念を導入し構成面を非対称非球面にすることで収差を補正する、所謂、オフアキシャル光学系を開示している。しかし、構成面に製造誤差や位置誤差があると、主走査方向（主走査断面内）や副走査方向（副走査断面内）における像面のピント位置ずれで歪曲収差が発生し、焦点深度の減少や倍率ずれが生じ、読み取りラインを湾曲させる。特に、副走査方向の歪曲は非常に発生し易い。ＲＧＢ色のラインセンサで画像情報を読み取ると、図１０に示すように、副走査方向外側に配置されたラインセンサ上での結像位置は、この歪曲によって光軸上から周辺にかけて副走査方向にずれてしまうため、重ね合わせた画像に副走査方向の色ズレが発生してしまう。

この色ズレ量を測定するために、本体原稿面上に副走査方向に白バーと黒バーが交互に印刷されたテストチャートを配置し、前記テストチャートを読み込ませ、色ズレ量を計算し、検査する検査装置が提案されている（特許文献３参照）。

また、歪曲量から色ズレ量を算出するために、原稿面と等価な位置に三角形状のチャートもしくは主走査方向と副走査方向とで異なる形状のチャートを有している副走査方向の読取位置ズレ検出チャートを設け、前記チャートを読取らせて得られた信号より歪曲量を算出し、色ズレ量を計算する提案がされている（特許文献４参照）。

特開２０００−１７１７０５号公報 特開２００２−３３５３７５号公報 特開２０００−３３２９５８号公報 特開２００８−０７８８７７号公報

特許文献３では、副走査方向の色ズレ量を検出するために、結像光学系を搭載した読取ユニットを副走査方向に移動（以下スキャン動作）する必要があるため、結像光学系単体の検査ができず、製品の最終工程まで検査が出来ないという問題があった。また、読み取りユニットではなく、テストチャートをスキャン動作させることにより、結像光学系単体の検査は可能となるが、検査装置の大型化や複雑化、またスキャン動作による検査時間の非効率化などの問題があった。

特許文献４では、三角形状のチャートもしくは主走査方向と副走査方向とで異なる形状のチャートを有している副走査方向の読取位置ズレ検出チャートを使用し、歪曲量を算出しているが、単一のチャートから歪曲量を算出しているため、サンプリング数が少なく測定精度に問題があった。

本発明は、上記問題に鑑み、検査装置の大型化や複雑化、またスキャン動作による検査時間を非効率化することなく、精度良い色ズレ測定を可能とする画像読取装置の検査方法および検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像読取装置の検査方法は、光源により照明された原稿面上の画像情報を主走査方向に配列した複数の受光素子列上に結像光学系により結像し、互いに異なる色の画像情報を該複数の受光素子列で読取る画像読取装置の検査方法であって、受光素子列に対し原稿面と光学的に等価な位置に配置され、同一幅の白棒と黒棒が交互に並んだ第１の縞模様パターンであって、該白棒と該黒棒の長手方向は該主走査方向に対し垂直に配列された第１の縞模様パターンに基づく画像情報より、第１の色ズレ量を取得する工程と、受光素子列に対し該原稿面と光学的に等価な位置に配置され、同一幅の白棒と黒棒が交互に並んだ第２の縞模様パターンであって、該白棒と該黒棒の長手方向は該主走査方向に対し、平行方向から角度を有して配列された第２の縞模様パターンに基づく画像情報より、第２の色ズレ量を取得する工程と、該第１及び第２の色ズレ量に基づき、主走査方向に垂直な副走査方向の色ズレ量を算出する工程を備えることを特徴としている。

本発明に係る画像読取装置の検査方法により、副走査方向へのスキャン動作を必要とすることなく、副走査方向の色ズレ量を計算できるため、検査装置の大型化、複雑化、非効率化を回避することが可能となる。また、同一幅の白線と黒線が交互に並んだ縞模様パターン（万線パターン）を用いることで、取得データのサンプリング数を増やすことが出来るため、測定精度を向上することも可能となる。

本発明の実施例の色ズレ検査装置の要部概略図 本発明の実施例の色ズレ量を検出するチャート配置図 本発明の実施例の副走査方向の色ズレを検出するフローチャート図 本発明の実施例の主走査方向に対し、垂直に並んだ万線パターンを読み取ったときのセンサ出力波形図 本発明の実施例の主走査方向に対し一定角度を有して並んだ万線パターンを読み取ったときのセンサ出力波形図 本発明の実施対象の一例の画像読取装置の要部概略図 本発明の実施例の方法で算出した副走査方向の色ズレ量 本発明の実施例２における色ズレを検出するチャート配置図 カラー画像読み取り光学系の基本構成の説明図 ラインセンサ面上のラインの結像位置ズレの概要を示す図

以下図面を用いて検出方法の原理及び本発明の実施形態について説明する。

（検出方法の原理）
図１に本発明の色ズレ検査装置の要部概略図を示す。図１に示すように、読取手段（受光素子列）に対して原稿面と光学的に等価な位置に配置された色ズレ検出用チャート１１上の情報は、結像光学系５によって読取手段（受光素子列）６上に結像する。結像光学系５及び読取手段６は、図示されていないブロックに固定されている。読取手段6は結像光学系5に対して距離を変化させることができ、ピント及び倍率調整を行い、位置を決定して、ビス止め、接着等の方法で固定することができる。

色ズレ検出用チャート１１には、図２（A）に示すように、同一幅の白線と黒線が交互に一定間隔で並んだ縞模様パターン、所謂、万線パターンが設けられている。万線パターンは、白線と黒線の長手方向が、読取手段６としての受光素子列が有する複数の受光素子の配列方向（主走査方向）に対し、垂直方向（副走査方向）に並んだ万線パターン（第１の縞模様パターン）１２と、該配列方向に対して平行な方向から一定の角度を有して並んだ万線パターン（第２の縞模様パターン）１３を有する。ここで述べる、垂直方向とは、略垂直方向であり、垂直に対し±５°の範囲の方向である。また、平行方向からの一定の角度とは、平行方向から５°〜１０°の範囲の方向である。上限値を超えると、主走査方向における色ズレ要因などの他の要因が支配的になり、測定精度が低下する。また、下限値を超えると、万線パターンの主走査方向に対する周期が大きくなり、サンプリングポイントが減少するため、測定精度が低下する。
このため、本実施例では、傾き角θを８°と設定している。

更に、万線パターンの線幅Ｍ（黒線、白線それぞれの線幅）は、βを結像倍率、ηを受光素子の画素サイズとすると、以下の条件式（１）を満たすように設定する。
（i-1）×η ＜ |M×β| ＜ i×η （iは整数） ・・・（１）
式（１）を満足する線幅であれば、線幅の周波数と、受光素子の配列周波数とが整数倍で一致しないため、万線パターンより取得した信号がモアレによる影響を受けることがない。
本実施例では、画素サイズηが5.25μmであり、Ａ４幅を結像倍率βが-0.12402で結像する結像光学系の色ズレを検出することから、線幅Mは79.4μm（320dpi相当）としている。

後述するように、副走査方向の色ズレ量は、各万線パターンの画像情報に基づいて検出された色ズレ量に基づいて求められる。そのため、主走査方向における測定位置ズレの影響を極力小さく抑えるために、それぞれ少なくとも１つの第１及び第２の縞模様パターン１２，１３が用いられ、図２（B）で示すように、第１及び第２の縞模様パターン１２，１３は主走査方向（読取手段６の受光素子の配列方向）において互いに近接して配置される。

次に、本実施例における副走査方向の色ズレ量の検出方法について説明する。
図３に副走査方向の色ズレ検出のフローチャートを示す。
先ず、色ズレ検出用チャート１１を結像光学系５にて読取手段６上に結像させ読み取る。図４は、読取手段６によって読み取られた第１の縞模様パターンの画像情報に基づく色光（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））各色の読み取り信号強度を、主走査方向の位置に対してプロットしたグラフである。また、図５は、読取手段６によって読み取られた第２の縞模様パターンの画像情報に基づく色光（赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））各色の読み取り信号強度を、主走査方向の位置に対してプロットしたグラフである。

前記色ＲＧＢそれぞれの主走査方向における位置に対する読み取り信号強度より、各色の信号検出の有無を判定し、２値化するためのスライスレベルを設定する（ステップ１）。
本実施例ではスライスレベルの設定方法として、各色ＲＧＢそれぞれの読み取り信号強度の平均値を各色のスライスレベルと設定した。

前記設定した各色のスライスレベルと各色ＲＧＢの出力信号波形との交点を、各色の信号検出のエッジ部と決定する（ステップ２）。

任意の色を基準色として決定（本実施例ではＧを基準色とする）し、基準色のエッジ部に対する各色のエッジ部の主走査方向における位置ズレ量を色ズレ量として算出する（ステップ３）。

ここで、第２の縞模様パターン１３の出力信号は、図５に示すとおり、主走査方向（読取手段６の受光素子列の配列方向）に対して一定の角度を有しているために基準色の位置に対し各色の位置は位相差分のズレが発生する。このため位置ズレ量を検出する際には、万線の同一線での位置ズレ量を検出することが必要になる。複数のサンプリングポイント（交点）での色ズレ量を平均化し、各万線での色ズレ量と決定する（ステップ４）。

各万線の色ズレ量と位相差によるズレ量をもとに以下の式を用いて副走査色ズレ量を算出する（ステップ５）。ここで、垂直方向の万線パターン（第１の縞模様パターン）１２の画像情報に基づく色ズレ量（第１の色ズレ量）をＹ、一定角度を持った万線パターン（第２の縞模様パターン）１３の画像情報に基づく色ズレ量（第２の色ズレ量）をＺ、隣接する受光素子列間の間隔をＳ、第２の縞模様パターン１３の主走査方向に対する角度をθとするとき、以下の式（２）より、副走査方向の色ズレ量Ｘが算出される。
X＝（Z-（S/tanθ）-Y）×tanθ ・・・（２）
この算出した色ズレ量をあらかじめ設定された副走査方向の色ズレ量の許容範囲と比較することで、検査することが可能となる。

以下に、上記検出方法を用いた実施例を説明する。

図６は本発明の実施対象の一例であるイメージスキャナーや複写機等の画像読取装置の要部概略図である。

画像読取装置は、キャリッジ７、原稿台ガラス２、副走査モータ等の副走査機構８を含む。キャリッジ７は、光源である照明系３、複数の反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ、結像光学系５、読取手段６等を一体的に収納している。キャリッジ７を副走査機構８により副走査方向（矢印Ｂ方向）へ移動させることにより、原稿台ガラス２の面上に載置された原稿１面を走査して、原稿面上の画像情報を読取っている。

照明系３は、例えばキセノン管やハロゲンランプやＬＥＤアレイ等より成っている。尚、照明系３にはアルミ蒸着板などの反射板を組み合わせて用いてもよい。第１、第２、第３、第４、第５の反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅは、順に原稿１からの光束の光路をキャリッジ７内部で折り曲げている。

結像光学系５は、原稿１の画像情報に基づく光束を読取手段６面上に結像させている。結像光学系５には、例えば回転対称面で形成されている屈折光学系や非回転対称非球面を含んだ屈折光学系やオフアキシャル反射光学系によって構成されている。読取手段６は、３つのラインセンサ（ＣＣＤもしくはＣＭＯＳ等）を互いに１次元方向（主走査方向）に平行となるように配置した、所謂モノリシックな３ラインセンサより成る。該３つのラインセンサ面上には各々の色光（赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ））に基づく不図示の色フィルターが各々設けられている。この３つのラインセンサはそれぞれ異なる色情報（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を読み取っている。

本実施例において照明系３から放射された光束は直接あるいは反射笠（不図示）を介して原稿１を照明し、該原稿１からの反射光を第１、第２、第３、第４、第５の反射ミラー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅを介してキャリッジ７内部でその光束の光路を折り曲げ、結像光学系５によりラインセンサ面上（受光素子列上）に結像させている。そしてキャリッジ７を副走査機構８により副走査方向（矢印Ｂ方向）に移動させることにより、原稿１の画像情報を読取っている。そして読取られた画像情報は不図示のインターフェイスを通じて外部機器であるパーソナルコンピューターやプリンターなどに送られる。

本実施例では、図２（Ｂ）に示すように主走査方向に３箇所、各万線パターン１２，１３をペアにして、受光素子列に対して原稿面と光学的に等価な位置に配置している。結像光学系５は、回転非対称面を有した屈折レンズであり、結像倍率βが-0.12402、受光素子の画素サイズηが5.25μm、万線パターンの黒線及び白線の線幅Ｓが79.4μm、万線パターンの黒線及び白線の受光素子列の配列方向（主走査方向）に対する傾き角θが8°とした場合、上記計算方法によって副走査方向の色ズレ量を算出した結果を図７及び表１に示す。

図７は、基準色（Ｇ）に対する副走査方向の色（Ｂ）と色（Ｒ）の色ズレ量を、横軸の原稿位置（主走査方向における位置）（ｍｍ）に対してプロットした図である。図７より明らかなように、それぞれの主走査位置にて副走査方向の色ズレ量を算出でき、許容可能な色ズレ量と比較することが可能となる。

本実施例の画像読取装置の検査方法により、副走査方向へのスキャン動作を必要とすることなく、副走査方向の色ズレ量が検出できるため、製品の組立の最終段階でなくとも、キャリッジ単体の状態での検査が可能となる。また、簡易な構成で検査が可能であるため、検査装置の大型化、複雑化、非効率化を回避することが可能となる。

図８は図２（Ｂ）において万線パターン１２，１３の配置を変更したものである。本実施形態では、前記第１の縞模様パターン１２を、２つの前記第２の縞模様パターン１３の間に配置している。
２つの第２の縞模様パターン１３（受光素子列の配列方向（主走査方向）に対し、一定角度を持って並んだ万線パターン）を配置することによって、スライスレベルと受光素子の出力信号波形との交点であるエッジ部のサンプリング数を増やすことができ、更にこの色ズレ量は、平均化処理によって導かれるために、事実上、垂直方向に並んだ万線パターン（第１の縞模様パターン）を配置している主走査位置の色ズレ量を算出していることになる。
このことにより、実施例１の近接的に配置する方法よりも、より高い精度での副走査方向の色ズレ量を算出することが可能となる。

その他、本発明は、上記実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での種々変更が可能である。

１： 原稿
２： 原稿台ガラス
３： 照明系
４： 反射ミラー
５： 結像光学系
６： 読取手段
７： キャリッジ
８： 副走査機構
１１： 色ズレ検出用チャート
１２： 主走査方向に対し垂直に並んでいる万線パターン
１３： 主走査方向に対し一定角度を有して並んだ万線パターン
９１： 結像位置

Claims (9)

1. 光源により照明された原稿面上の画像情報を複数の受光素子列上に結像光学系により結像し、互いに異なる色の画像情報を該複数の受光素子列で読取る画像読取装置の検査方法であって、
   前記複数の受光素子列に対し前記原稿面と光学的に等価な位置に配置され、同一幅の白線と黒線が交互に並んだ第１の縞模様パターンであって、該白線及び黒線の夫々の長手方向が主走査方向に対し垂直になるように配列された第１の縞模様パターンに基づく画像情報より、第１の色ズレ量を取得するステップと、
   前記複数の受光素子列に対し前記原稿面と光学的に等価な位置に配置され、同一幅の白線と黒線が交互に並んだ第２の縞模様パターンであって、該白線及び黒線の夫々の長手方向が主走査方向に対して傾きを有するように配列された第２の縞模様パターンに基づく画像情報より、第２の色ズレ量を取得するステップと、
   前記第１及び第２の色ズレ量に基づき副走査方向における色ズレ量を算出するステップと、
   を有することを特徴とする画像読取装置の検査方法。
2. 前記第１及び第２の色ズレ量を取得するステップにおいて、
   前記第１及び第２の縞模様パターンの画像情報に基づく主走査方向の位置に対する各色の出力信号のエッジ部を決定した後、任意の色を基準色とし、該基準色に対する各色の該エッジ部の主走査方向における位置ズレ量を色ズレ量として算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置の検査方法。
3. 前記副走査方向における色ズレ量を算出するステップにおいて、
   Ｙを前記第１の色ズレ量、Ｚを前記第２の色ズレ量、Ｓを隣り合う前記受光素子列同士の間隔、θを前記第２の縞模様パターンの前記黒線の長手方向と前記主走査方向とのなす角度とするとき、前記副走査方向の色ズレ量Ｘは、
   X＝（Z-（S/tanθ）-Y）×tanθ
   によって算出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置の検査方法。
4. 前記縞模様パターンの黒線及び白線の線幅Ｍは、
   βを前記結像光学系の結像倍率、ηを前記受光素子列の画素サイズとするとき、
   （i-1）×η ＜ |M×β| ＜ i×η （iは整数）
   を満足することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像読取装置の検査方法。
5. 前記第１の縞模様パターンと前記第２の縞模様パターンは、それぞれ少なくとも１つあり、互いに近接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像読取装置の検査方法。
6. 前記第１の縞模様パターンは、２つの前記第２の縞模様パターンの間に挟まれて配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像読取装置の検査方法。
7. 前記第２の縞模様パターンの前記角度は、５°以上１０°以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像読取装置の検査方法。
8. 光源により照明された原稿面上の画像情報を複数の受光素子列上に結像光学系により結像し、互いに異なる色の画像情報を該複数の受光素子列で読取る画像読取装置の検査装置であって、
   前記複数の受光素子列に対し前記原稿面と光学的に等価な位置に配置され、同一幅の白線と黒線が交互に並んだ第１の縞模様パターンであって、該白線及び黒線の夫々の長手方向が主走査方向に対し垂直になるように配列された第１の縞模様パターンに基づく画像情報より、第１の色ズレ量を取得する手段と、
   前記複数の受光素子列に対し前記原稿面と光学的に等価な位置に配置され、同一幅の白線と黒線が交互に並んだ第２の縞模様パターンであって、該白線及び黒線の夫々の長手方向が主走査方向に対して傾きを有するように配列された第２の縞模様パターンに基づく画像情報より、第２の色ズレ量を取得する手段と、
   前記第１及び第２の色ズレ量に基づき副走査方向における色ズレ量を算出する手段と、
   を有することを特徴とする画像読取装置の検査装置。
9. 光源により照明された原稿面上の画像情報を複数の受光素子列上に結像光学系により結像し、互いに異なる色の画像情報を該複数の受光素子列で読取る画像読取装置の製造方法であって、
   前記複数の受光素子列に対し前記原稿面と光学的に等価な位置に配置され、同一幅の白線と黒線が交互に並んだ第１の縞模様パターンであって、該白線及び該黒線の夫々の長手方向が主走査方向に対し垂直になるように配列された第１の縞模様パターンに基づく画像情報より、第１の色ズレ量を取得するステップと、
   前記複数の受光素子列に対し前記原稿面と光学的に等価な位置に配置され、同一幅の白線と黒線が交互に並んだ第２の縞模様パターンであって、該白線及び該黒線の夫々の長手方向が主走査方向に対して傾きを有するように配列された第２の縞模様パターンに基づく画像情報より、第２の色ズレ量を取得するステップと、
   前記第１及び第２の色ズレ量に基づき副走査方向における色ズレ量を算出するステップと、
   前記副走査方向の色ズレ量に基づいて検査された前記結像光学系を用いて、画像読取装置を組み立てるステップと、
   を有することを特徴とする画像読取装置の製造方法。

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