JP5683130B2 - 画像読取レンズを用いた画像読取装置 - Google Patents
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Description
図14に示す画像読取装置において、原稿台ガラス102の面上に原稿101が置かれる。キャリッジ107は、後述する照明系103、複数の反射ミラー104a,104b,104c,104d、結像光学系(画像読取レンズ)106、そして読取手段105等を一体的に収納する。キャリッジ107は、モータなどの副走査機構108により図14中に矢印で示す副走査方向へ移動し、原稿101の画像情報を読取っている。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などに送られる。
また、2つのアナモフィック面を有したレンズの形状を適切に設定することにより良好なカラー画像を得るカラー画像読取装置が提案されている。(特許文献2参照)
特許文献1のカラー画像読取装置は600dpi程度のセンサ解像度での画像読取が主流であり、ラインセンサの1画素の一辺の長さは7〜8μm程度で、RGBのライン間隔が63〜73μm程度であった。
また、特許文献2のカラー画像読取装置は2400dpi程度のセンサ解像度での画像読取が主流であり、特許文献1のラインセンサよりも1画素の一辺の長さは小さい2μm程度で、主走査方向の解像度を上げるために同一色のセンサを千鳥状に配列している。このため、副走査方向のRGBのライン間隔が63〜96μm程度であった。
これらの状況を踏まえると、アナモフィック面の母線の各位置における垂直方向の倍率、すなわち副走査倍率の変化を完璧に補正することが必要となっている。
本発明では、異色のライン間隔が増大した場合でも、像面彎曲収差と副走査方向の倍率ズレの双方を低減することが出来る画像読取レンズを用いた画像読取装置の提供を目的とする。
前記アナモフィックレンズの材料の屈折率をN、
前記アナモフィックレンズの入射面及び出射面の主光線通過位置における前記第1の断面内での曲率半径の各々をr1及びr2、
前記入射面と前記出射面との主光線通過位置における距離をd、とし、
図1は、本発明の画像読取装置の光学系の基本構成を示す要部概略図である。
図1において、カラー画像が形成されている原稿面上(1)の、後述するラインセンサ(CCDもしくはCMOSセンサ)2R,2G,2Bに各々共役な読み取り範囲1R、1G、1Bを示す。画像読取レンズ3は、少なくとも1面に光軸に対して回転非対称な形状よりなるアナモフィック面を含み、原稿1の画像情報に基づく光束を読取手段2面上に結像させている。すなわち、画像読取レンズによる原稿面上の画像情報の結像位置に、複数のラインセンサが並列に配置されている。
W/L ≦ 0.015・・・(1)
また、本実施例では各ラインセンサの受光面の短手方向の幅Wが2μm、隣り合う2つのラインセンサ群の中心同士の間隔Lが160μmの9600dpiのセンサを使用しており、W/Lは0.0125となり適用範囲である。
収差図において、e、g、cは各々e線、g線、c線、ΔM、ΔSはメリディオナル像面、サジタル像面、倍率色収差はg線、c線によって表している。
原稿面側に凸面を向けたメニスカス形状の正の屈折力の第1レンズG1、絞りSP、両レンズ面が凹形状の第2レンズG2、両レンズ面が凸形状の第3レンズG3を有する。さらに像面側に凸面を向けたメニスカス形状の第4レンズG4を有する。
ここで、図11に示すように回転対称面から成る第1レンズG1から第3レンズG3までで定まる光軸La(x方向)と像面Qの画素の配列方向(主走査方向)を含んだ主走査断面内(xy断面内)における断面形状を母線とする。
そしてアナモフィック面は、主走査断面と垂直方向の曲率が光軸Laから母線方向(y方向)に沿って離れるに従って連続的に変化している。
言い換えれば、子線の曲率は、主走査断面に垂直で且つ任意の母線方向の位置における母線形状の接線に垂直な線を含む面内にて定義される曲率である。
母線の曲率は、主走査断面内において、任意の母線方向の位置における曲率である。
表1、3、5に数値実施例1、2、3のレンズ形状を示す。
表1、3、5において、fは画像読取レンズLGの焦点距離、FnoはFナンバー、βは倍率、Yは最高像高、ωは半画角を示す。
また表1、3、5に示す画像読取レンズLGにおいて、面番号iは原稿面P側からの面の順番を示し、Riは各面の曲率半径、Diは第i面と第i+1面との間の部材肉厚又は空気間隔、Ndiとνdiはそれぞれd線を基準とした屈折率、アッベ数を示す。
アナモフィック面の形状は、数値実施例1、2、3の各々について表2,4,6で示す係数を用いて、次に説明する非球面形状になっている。
子線形状Sは母線上において母線と垂直な平面を断面とし、
画像読取レンズLGの第4レンズG4は、アナモフィックレンズより成る。
r1:アナモフィックレンズの第1面(原稿側の面)の主光線通過位置における子線曲率半径
r2:アナモフィックレンズの第2面(像面側の面)の主光線通過位置における子線曲率半径
d :アナモフィックレンズの第1面と第2面間の主光線が通過する位置での距離
と定義し、
A0 :軸上光束主光線に対するAの値
Amax:主走査全画角における光束主光線に対するAの値の最大値
とするとき、第4レンズG4は、
-0.1≦1-(Amax/A0)≦0 (2)
なる条件を満足する。
A50%:主走査方向の5割画角における光束主光線に対するAの値
A70%:主走査方向の7割画角における光束主光線に対するAの値
A90%:主走査方向の9割画角における光束主光線に対するAの値
とすると、
-0.05≦1-(A70%/A50%)≦0.05・・・(3)
-0.08≦1-(A90%/A50%)≦0.08・・・(4)
なる条件を満足している。
条件式(3)、(4)における下限または上限の制約が満足されないと、5割画角から9割画角において像面彎曲補正が過剰になるだけでなく、副走査倍率ズレも悪化する。
数値実施例1の画像読取レンズLGは、イメージスキャナー用としては必要十分なFナンバー6.5で、図3に示すように軸上から軸外にかけての諸収差が十分に低減されており、高い結像性能を得ている。
組合せて使用するラインセンサは、倍率が0.189倍であれば、いずれの場合でも使用可能である。
条件式(1)乃至(4)の各数値は後述する表7に示す。
前述の通り、このときR−G、G−Bの異なる色のセンサ列の中心の間隔が160μm、ラインセンサの短手方向の幅が2μmの9600dpi用ラインセンサを用いた場合でも、光線追跡検討の結果、副走査倍率ズレによる色ズレは図4で示すように、0.5画素程度で十分な性能となっている。
数値実施例2の画像読取レンズLGはイメージスキャナー用としては必要十分なFナンバー6.5で、図6に示すように軸上から軸外にかけての諸収差が十分に低減されており、高い結像性能を得ている。
組合せて使用するラインセンサは、倍率が0.189倍であれば、いずれの場合でも使用可能である。
条件式(1)乃至(4)の各数値は後述する表7に示す。
前述の通り、このときR−G、G−Bの異なる色のセンサ列の中心の間隔が160μm、ラインセンサの短手方向の幅が2μmの9600dpi用ラインセンサを用いた場合でも、光線追跡検討の結果、副走査倍率ズレによる色ズレは図7で示すように、0.4画素程度で十分な性能となっている。
数値実施例2の画像読取レンズLGはイメージスキャナー用としては必要十分なFナンバー6.5で、図9に示すように軸上から軸外にかけての諸収差が十分に低減されており、高い結像性能を得ている。
組合せて使用するラインセンサは、倍率が0.189倍であれば、いずれの場合でも使用可能である。
条件式(1)乃至(4)の各数値は後述する表7に示す。
前述の通り、このときR−G、G−Bの異なる色のセンサ列の中心の間隔が160μm、ラインセンサの短手方向の幅が2μmの9600dpi用ラインセンサを用いた場合でも、光線追跡検討の結果、副走査倍率ズレによる色ズレは図10で示すように、0.4画素程度で十分な性能となっている。
原稿面からラインセンサまでの光路長としては約250mmであり、小型のキャリッジ及び画像読取装置として用いるのに適している。
このように本実施例は上述の如く第4ンズG4をアナモフィック面より構成し、上記条件式を満足することにより、高解像度なラインセンサを使用しても像面湾曲収差と副走査方向の倍率ズレの2つを良好に低減することができる。
また本実施例は、4枚という少ないレンズ構成でありながら、広画角で、かつ画質の高い画像読取用レンズを実現することができる。
図12は本発明の数値実施例1、2、3の何れかの画像読取レンズをデジタル複写機等のキャリッジ一体型(フラットベッド型)の画像読取装置に適用したときの要部概略図である。
照明された原稿51からの反射光は、第1,2,3,4の反射ミラー54a,54b,54c,54dを介してキャリッジ57内部でその光束の光路が折り曲げられる。折り曲げられた光束は、上述した数値実施例1、2、3の何れかの画像読取レンズ56により読取手段としてのラインセンサ55面上に結像する。
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等に送られる。
本発明の画像読取装置は上述した数値実施例1、2、3の何れかの画像読取レンズ56を用いることにより、超小型で、かつ画質の高い画像読取装置を実現している。
尚、一体型(フラットベッド型)の画像読取装置に限らず、例えば図13に示す1:2走査光学系を有する画像読取装置に適用しても本発明は上述の実施例と同様に適用することができる。
照明光源63は、例えばハロゲンランプ、蛍光灯、キセノンランプ、LEDアレイ等により構成される。
反射笠64は、照明光源63からの光束を反射し効率よく原稿を照明する。
第1、2、3の反射ミラー65,66,67は、原稿61からの光束の光路を本体内部で折り曲げる。
数値実施例1〜3の何れかの画像読取用レンズ68により、原稿61の画像情報に基づく光束をラインセンサ(CCDもしくはCMOSセンサ)69面上に結像させている。
70は本体、74は圧板、72は第1ミラー台、73は第2ミラー台である。
そして照明された原稿61からの反射光を第1,2,3の反射ミラー65,66,67を介して本体70内部でその光束の光路を折り曲げ、画像読取用レンズ68により、ラインセンサ69面上に結像させている。
このとき第1、2、3の反射ミラー65,66,67が副走査方向に移動しながら主走査方向を電気的に走査することで原稿61の画像情報を読み取っている。
このとき第2,3の反射ミラー66,67は、第1の反射ミラー65の移動量の半分移動することで原稿61とラインセンサ69との距離を一定としている。
2,55,69,105 読取手段(ラインセンサ)
3,56,68,106 画像読取レンズ
58,108 副走査機構
Claims (7)
- 複数のラインセンサを有する読取手段と、原稿からの光束を前記読取手段に導光する結像光学系と、を備え、前記読取手段を前記原稿に平行な方向に移動させて前記原稿を読み取る画像読取装置であって、
前記複数のラインセンサは、互いに異なる色情報を読み取る複数のラインセンサ群から成り、該複数のラインセンサ群の夫々は、同一の色情報を読み取るラインセンサが複数連続して配列されて構成されており、
前記複数のラインセンサの配列方向において、各々のラインセンサの受光面の幅をW、隣り合うラインセンサ群の中心同士の間隔をL、とするとき、
W/L≦0.015
なる条件を満たし、
前記結像光学系は、光軸に対して回転非対称な形状のアナモフィック面を含むアナモフィックレンズを有し、
前記アナモフィック面の、前記ラインセンサの各々の画素の配列方向に垂直な第1の断面内における曲率は、軸上から軸外にかけて連続的に変化しており、
前記アナモフィックレンズの材料の屈折率をN、前記アナモフィックレンズの入射面及び出射面の主光線通過位置における前記第1の断面内での曲率半径の各々をr1及びr2、前記入射面と前記出射面との主光線通過位置における距離をd、とし、
−0.1≦1−(Amax/A0)≦0
なる条件を満たすことを特徴とする画像読取装置。 - 前記複数のラインセンサ群の夫々を構成する複数の前記ラインセンサは、主走査方向に画素がずれるように千鳥配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載の画像読取装置。
- 前記第2の断面内での5割画角における主光線に対する前記Aの値をA50%、前記第2の断面内での7割画角における主光線に対する前記Aの値をA70%、前記第2の断面内での9割画角における主光線に対する前記Aの値をA90%、とするとき、
−0.05≦1−(A70%/A50%)≦0.05、
−0.08≦1−(A90%/A50%)≦0.08、
なる条件を満たす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。 - 前記アナモフィックレンズの入射面及び出射面は、光軸に対して回転非対称な形状よりなるアナモフィック面であ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。
- 前記アナモフィックレンズの入射面及び出射面について、前記第1の断面内での曲率と前記第2の断面内での曲率とが軸上において等しい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。
- 前記結像光学系は、原稿側から順に、入射面が凸面のメニスカス形状で正の屈折力の第1レンズ、絞り、入射面及び出射面が凹形状の第2レンズ、入射面及び出射面が凸形状の第3レンズ、出射面が凸面のメニスカス形状の第4レンズ、で構成され、前記アナモフィックレンズは前記第4レンズであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像読取装置。
- 前記第4レンズは樹脂により成形されていることを特徴とする請求項6に記載の画像読取装置。
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