JP5901471B2 - Image reading device - Google Patents
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Description
本発明は、コピー機等に用いられる画像読取装置に関する。 The present invention relates to an image reading apparatus used for a copying machine or the like.
コピー機、スキャナ、ファクシミリ等にて使用されている、一次元撮像素子を用いて読み取り位置における画像をスキャンすることによって画像全体を読み取る画像読取装置には、大きく分けて2種類の方式がある。尚、一般的に、一次元撮像素子が配列されている方向を主走査方向と呼び、スキャンする方向を副走査方向と呼ぶ。 There are roughly two types of image reading apparatuses that are used in copiers, scanners, facsimiles, and the like and read an entire image by scanning an image at a reading position using a one-dimensional image sensor. In general, the direction in which the one-dimensional imaging elements are arranged is called a main scanning direction, and the scanning direction is called a sub-scanning direction.
2種類の方式のうちの一方は、単眼のレンズにて主走査方向の画像全体を撮像素子上に縮小転写する方式であり、コピー機にて、おもて面の読み取りに主に用いられている。この方式では、通常、原稿側に位置する撮像素子及びレンズは固定され、ミラーのみが副走査方向に移動され、原稿全体がスキャンされる。この方法では、原稿側の焦点深度(被写界深度という)が数mm程度、例えば6mmなど、と大きいので、コピー機の原稿読み取り面に対し、原稿が密着していなくても原稿を読み取れるという利点がある。例えば本の綴じ目のような、原稿面に密着させることができない場合でも、焦点ぼけなく読み取れるという利点があることから、コピー機のおもて面読み取りには、主にこの方式が用いられてきた。この方式に派生したさまざまな特許文献があるが、例えば特許文献1を挙げる(従来法1と呼ぶ)。
One of the two types is a method of reducing and transferring the entire image in the main scanning direction onto the image sensor with a monocular lens, and is mainly used for reading the front surface in a copying machine. Yes. In this method, the image pickup element and the lens positioned on the document side are usually fixed, only the mirror is moved in the sub-scanning direction, and the entire document is scanned. In this method, since the focal depth (called depth of field) on the original side is as large as several millimeters, for example, 6 mm, the original can be read even if the original is not in close contact with the original reading surface of the copier. There are advantages. For example, this method has been mainly used for reading the front side of a copier because it has the advantage of being able to read without being out of focus even when it cannot be brought into close contact with the original surface, such as a book binding. It was. There are various patent documents derived from this method. For example,
上記2種類の方式の内の他方の方式は、主走査方向の画像を複数に分割して複眼レンズで画像を読み取る方式であり、密着型イメージセンサと通常呼ばれる。この方式は、コピー機の裏面読み取り、ファクシミリの原稿読み取り、紙幣の認識センサ、パーソナルコンピュータ用のスキャナなどに用いられ、小型であることを特徴とする。この密着型イメージセンサの光学系として、現在主流となっている従来技術は、例えば特許文献2に開示されている。ここでは、複眼レンズ(文献中では、ロッドレンズアレイ)として、半径方向に、ある関数で規定される屈折率の分布をもつロッドレンズを複数本並べてアレイ化したものを用いて、正立等倍像を得るイメージ読取装置が開示されている(従来法2と呼ぶ)。
The other of the above two methods is a method of dividing an image in the main scanning direction into a plurality of images and reading the image with a compound eye lens, and is usually called a contact image sensor. This method is used for a back side reading of a copying machine, a facsimile original reading, a banknote recognition sensor, a scanner for a personal computer, and the like, and is characterized by a small size. For example,
密着型イメージセンサの光学系の中で代表的な方式のもう一つの例として、例えば特許文献3に開示されている方式がある。この方式では、主走査方向に分割されたセル毎に設置されているレンズにより、セルに対応する領域の画像が縮小転写されて、撮像素子に結像する。セル毎に設置されている撮像素子の出力信号を画像合成することにより、原稿面の画像が復元される(従来法3と呼ぶ)。
As another example of a typical system in the optical system of the contact image sensor, there is a system disclosed in
また、特許文献4には、上記従来法2または上記従来法3と類似するが、複眼のミラーレンズアレイを用いて正立等倍像を得る方式が開示されている(従来法4と呼ぶ)。
また、特許文献5には、読み取り領域を奇数番目の領域と偶数番目の領域に分け、その奇数番目、偶数番目で結像光学系の光路を変え、結像光学系はテレセントリックであり、結像面で正立等倍像を得る方式が開示されている(従来法5と呼ぶ)。
In
また、本出願人は、特許文献6にて、大きな被写界深度を有する画像読取装置を提案している。
In addition, the present applicant has proposed an image reading apparatus having a large depth of field in
従来法1に関しては、上述したように被写界深度が大きいというメリットがあるが、光学系が大型化してしまうという問題がある。また、ミラーを移動する際に原稿面からレンズまでの光路が変化しないようにするために、光路途中の複数のミラーの移動速度を制御しなければならず、及び、これらのためにコストがかかる、という問題がある。
The
従来法2に関しては、小型で低コストであるというメリットがあるものの、被写界深度が小さいという問題、色収差が大きいという問題がある。
Although the
従来法3に関しては、被写界深度を大きくする場合、装置が大型化するという問題、色収差が大きくなるという問題、被写界深度によって転写倍率が変わってしまうため各結像光学系単位で撮影した画像を合成する際に画像の重ね合わせの不一致が起こるという問題がある。そのため、被写界深度を大きくすることはできない。
Regarding the
従来法4に関しては、結像光学素子として、凹面鏡を複数配置したミラーアレイを用いているので色収差がないという効果がある。しかしながら、このようにミラーアレイが一直線に並んだ構成では、コンタクトガラスから原稿までの距離が変わっても像の転写倍率が不変であるテレセントリックな光学系を構成することができない。なぜならば、テレセントリックな光学系では、一つの撮像単位系(セルと呼ぶ)の視野範囲よりも大きな開口領域をもつ凹面鏡が必要になるが、凹面鏡同士が隣接していることから、凹面鏡の開口領域を凹面鏡の配置ピッチよりも大きくすることができないからである。
The
このように従来法4では、テレセントリックな光学系を構成できないことから、コンタクトガラスから原稿までの距離に応じて、一つのセルにおける像の転写倍率が変化してしまう。その結果、各セルから得られる、隣接する画像同士の重ね合わさり方が異なってしまう。よって、アレイ境界面での画像が劣化し、大きな被写界深度を得ることはできない。
As described above, in the
従来法5では、直線状の物体に対して奇数領域結像系と偶数領域結像系とで斜め方向から像を読み取っている。そのため、物体の焦点方向における位置が変化すると、奇数領域結像系と偶数領域結像系とで読み取る位置が変わってしまい、結像面である感光性の媒体上において、両者の像がずれてしまうという問題がある。さらに、特許文献5の明細書中には、テレセントリックな結像系の具体的な構成及び効果に関する記述は無い。よって、物体の焦点方向における位置が変化した場合、焦点位置での転写倍率が変化することが考えられ、整数m番目とm+1番目との結像系間における画像の重ね合わさり方が異なり、画像が劣化してしまう。このような二つの問題により、従来法5では、大きな被写界深度を得ることは困難である。
In the
また、本出願人は、上述したような問題点を解決し大きな被写界深度を有する画像読取装置を既に提案している(WO2009/122483)。即ち、図28に示すように、この画像読取装置180では、光路の途中に折り返しミラー111,113を有する。折り返しミラー111によって、原稿7からの光路は、横方向に折り返されているので、天板3の下方に照明を設置するスペースを確保することが容易であるという利点がある。即ち、折り返しミラー111で光路が90度折り返されている場合、天板3から折り返しミラー111までの距離を、照明用の設置スペースとすることができる。しかしながら、折り返しミラー111、113を設けることから、部品点数が増え、組み立て精度が低下する可能性があるという懸念もある。また、得られる画像に対して以下の2点の問題点も懸念される。
The present applicant has already proposed an image reading apparatus that solves the above-described problems and has a large depth of field (WO2009 / 122483). That is, as shown in FIG. 28, the
折り返しミラー111、113が存在することによる第1の問題点は、折り返しミラー111の平面の面精度によるもので、面が歪むと結像位置が設計位置から外れ、ディストーションが発生する可能性がある。
第2の問題点は、光線に対する折り返しミラー111、113の姿勢角度誤差により、得られる画像が回転することである。
The first problem due to the presence of the
The second problem is that the obtained image rotates due to the attitude angle error of the
この画像の回転について、図29を参照して説明する。光線が直線132上の点112a、112b、112c、…から−Z方向に出射され、折り返しミラー111Aにより90度の方向に偏向、反射され、スクリーン140に到達する。折り返しミラー111A、及びスクリーン140上での光線の通過点及び到達点は、それぞれ113a、…;114a、…である。それぞれの光線の通過点及び到達点を結ぶ直線を133、134とする。ここで、折り曲げミラー111Aは、φ=45度の傾斜角を有する斜面を有し、図29におけるZ軸周りにθ回転した場合、得られる画像は、θ’=θ回転する。つまり、折り曲げミラー111Aがθ回転して、111Bで示す姿勢になったとすると、ミラー側では、光線の通過点113a、… が115a、…に変化し、スクリーン140上への光線の到達点は114a、…が116a、…に変化する。よって、光線の到達点116a、…を結ぶ直線136は、直線134に対して角度θをなす。このように、折り返しミラー111の姿勢角度誤差は、スクリーン上にて画像の回転となる。図30に示すように、45度の斜面を有するミラーにより、ほぼ90度の角度で光線が偏向される場合、大きな像回転が起こる。像の回転は、画像が歪んで見える現象となる。また、このような像回転現象は、光線の折り返しミラーへの斜入射角が大きいために発生し、垂直入射に近い場合にはその度合いは小さい。
This image rotation will be described with reference to FIG. The light rays are emitted in the −Z direction from the
このように、大きな被写界深度を有する画像読取装置180にあっても、大きな入射角を有するミラーの使用に伴い、製造誤差及び設置誤差に起因して、得られる画像に歪みが生じる可能性があった。
Thus, even in the
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、被写界深度が大きく、小型で、かつ得られる画像において歪み発生が抑制可能で、さらに組み立てが容易な画像読取装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a large depth of field, is small, can suppress distortion in an obtained image, and can be easily assembled. An object is to provide an apparatus.
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成される。
即ち、本発明の一態様における画像読取装置は、原稿に光を照射する光源と、上記光源からの光が原稿で反射した光を集光し画像として結像する結像光学系であって、該結像光学系は、それぞれが独立した光学系である複数個のセルで構成され、該セルは、主走査方向に沿って複数個配置され、主走査方向に直角な副走査方向には第1列及び第2列の2列に配列され、かつ上記第1列及び上記第2列の各セルは上記主走査方向にて千鳥状に配置される、結像光学系と、それぞれの上記セルに対応して配置されセルを通過した光を受光する複数の撮像素子部と、上記副走査方向において対応する上記撮像素子部同士が送出する上記原稿の画像情報を記憶するメモリと、上記メモリに記憶した上記画像情報が重なる領域の画像が一致するように隣接セル同士の画像情報を合成して原稿の画像を作成する処理装置と、を備えた画像読取装置であって、
それぞれの上記セルは、上記原稿からの光を反射しかつ集光する、第1及び第2の反射型集光光学素子と、第1平面鏡と、アパーチャとを有し、セル内で上記原稿から上記撮像素子部へ向かう光の進行方向において上記第1反射型集光光学素子、上記第1平面鏡、上記アパーチャ、上記第2反射型集光光学素子の順番でこれらを配置し、かつ上記アパーチャを上記第1反射型集光光学素子の後側焦点位置に配置して上記原稿側にテレセントリックな光学系を形成し、
上記第1平面鏡が一体構造物で形成されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, an image reading apparatus according to one aspect of the present invention is a light source that irradiates light on a document, and an imaging optical system that focuses light reflected from the document by the light from the light source to form an image. The imaging optical system is composed of a plurality of cells, each of which is an independent optical system. The plurality of cells are arranged along the main scanning direction, and are arranged in the sub-scanning direction perpendicular to the main scanning direction. An imaging optical system arranged in two rows of one row and a second row, and the cells in the first row and the second row are arranged in a staggered manner in the main scanning direction, and the respective cells A plurality of image sensor units that receive light that has passed through the cell and that correspond to each other in the sub-scanning direction, a memory that stores image information of the original document sent by the image sensor units corresponding to each other in the sub-scanning direction, and the memory Adjacent so that the images in the area where the stored image information overlaps match An image reading apparatus having a processor for creating the image of the original by combining the image information between cells, and
Each of the cells includes first and second reflection-type condensing optical elements, a first plane mirror, and an aperture that reflect and collect light from the document, and from the document in the cell. These are arranged in the order of the first reflection type condensing optical element, the first plane mirror, the aperture, and the second reflection type condensing optical element in the traveling direction of the light toward the image sensor unit, and the aperture is A telecentric optical system is formed on the document side by being disposed at the rear focal position of the first reflective condensing optical element;
The first plane mirror is formed of an integral structure.
本発明の一態様における画像読取装置によれば、結像光学系を構成する独立した光学系であるセルは、第1反射型集光光学素子、第1平面鏡、アパーチャ、第2反射型集光光学素子を有し、これらの配置順は、原稿面から撮像素子部へ向かう光路においてこの順番であり、かつ、第1反射型集光光学素子の後側焦点位置にアパーチャが配置されて、セルは、原稿側にテレセントリックな光学系を形成している。また、原稿と第1反射型集光光学素子との間、若しくは第2反射型集光光学素子と撮像素子部との間に光路を折り曲げるミラーが存在せず、さらに、第1反射型集光光学素子及び第2反射型集光光学素子は、光路を折り曲げる従来のミラーに比べて入射角が小さくなるよう構成したことから、製造誤差及び設置誤差に起因する画像における歪みの発生を抑制することができる。 According to the image reading apparatus in one aspect of the present invention, the cell, which is an independent optical system constituting the imaging optical system, includes the first reflection type condensing optical element, the first plane mirror, the aperture, and the second reflection type condensing. The optical elements are arranged in this order in the optical path from the document surface to the image pickup device section, and the aperture is arranged at the rear focal position of the first reflective condensing optical element. Forms a telecentric optical system on the document side. In addition, there is no mirror that bends the optical path between the document and the first reflective condensing optical element, or between the second reflective condensing optical element and the imaging element unit. Since the optical element and the second reflection-type condensing optical element are configured so that the incident angle is smaller than that of a conventional mirror that bends the optical path, it is possible to suppress the occurrence of distortion in an image due to manufacturing errors and installation errors. Can do.
また、本発明の一態様における画像読取装置によれば、原稿に光を照射する光源と、原稿側にテレセントリックな結像光学系を形成しかつ副走査方向に2列にて主走査方向に複数個を配置したセルと、撮像素子部と、画像情報を一時的に記憶するメモリと、記憶した画像情報を復元する処理装置とを備えた。該構成によれば、原稿の主走査方向における読み取り領域を分割して複数個のセルにて画像を読み取ることから、画像読取装置を小型化することができる。さらに、副走査方向に2列にセルを配置し各列に配置されるセルから画像を得ることから、主走査方向に配置されたセル同士から得られる画像の劣化を引き起こすことなくセル間の画像を補完し合うことができる。よって良好な画像を得ることができる。さらに、各セルは、原稿側にテレセントリックな光学系であることから、被写界深度を大きくすることができる。 According to the image reading apparatus of one aspect of the present invention, a light source that irradiates light on a document and a telecentric imaging optical system on the document side are formed, and a plurality of columns in the main scanning direction are arranged in two rows in the sub-scanning direction. A cell in which the image information is arranged, an image sensor unit, a memory that temporarily stores image information, and a processing device that restores the stored image information. According to this configuration, since the reading area in the main scanning direction of the document is divided and the image is read by the plurality of cells, the image reading apparatus can be reduced in size. Furthermore, since cells are arranged in two columns in the sub-scanning direction and an image is obtained from the cells arranged in each column, an image between cells is generated without causing deterioration of an image obtained from cells arranged in the main scanning direction. Can complement each other. Therefore, a good image can be obtained. Furthermore, since each cell is a telecentric optical system on the document side, the depth of field can be increased.
詳しく説明すると、各セルの原稿側をテレセントリックな光学系にしたことで、原稿が焦点方向に移動しても画像の転写倍率が変わらないという利点がある。一方、各セルが原稿側にテレセントリックな光学系であることで、セルが読み取る画像範囲の端近傍の点(点Eとする)からセルの入射瞳への光線束において、主光線が光軸に平行となる。よって、点Eからの光線束について、ケラレを発生させることなくその全てをセルの光学系に入射させるためには、原稿の読み取り範囲よりも大きい口径のレンズが必要となる。各セルを副走査方向に一列に配置し主走査方向に隣接して配置すると、各セル間の境界部分にて、読み取り範囲に空白が生じてしまう。逆に、レンズの口径を1セルの読み取り幅に合わせると、点Eからの光線束にケラレが生じてしまうという問題が生じる。 More specifically, the use of a telecentric optical system on the original side of each cell has the advantage that the image transfer magnification does not change even if the original moves in the focal direction. On the other hand, each cell is a telecentric optical system on the side of the document, so that the chief ray is on the optical axis in the ray bundle from the point near the end of the image range read by the cell (referred to as point E) to the entrance pupil of the cell. Parallel. Therefore, in order to make all the light bundles from the point E enter the optical system of the cell without causing vignetting, a lens having a larger aperture than the reading range of the document is required. If the cells are arranged in a line in the sub-scanning direction and arranged adjacent to each other in the main scanning direction, a blank is generated in the reading range at the boundary between the cells. On the other hand, when the aperture of the lens is adjusted to the reading width of one cell, there arises a problem that vignetting from the point E occurs.
そこで本発明の一態様の画像読取装置では、副走査方向にセルを2列に配置している。
ここで、理解を容易にするため、セルに番号をつける。副走査方向に配列された2列のうち、第1列のセルを、n=1、3、5、…とし、第2列のセルをn=2、4、6、…とする。上記一態様の画像読取装置では、セルの読み取り範囲よりもセルの開口を大きくした構成を採る。該構成によれば、一方の第1列において隣接するセル間、すなわち、k番目と(k+2)番目の各セル間の境界で、読み取りのできない空白範囲が生じたとしても、その空白範囲の画像を、他方の第2列における(k+1)番目のセルで読み取り、画像を補完し合うことができる。
Therefore, in the image reading apparatus of one embodiment of the present invention, cells are arranged in two rows in the sub-scanning direction.
Here, in order to facilitate understanding, numbers are assigned to the cells. Of the two columns arranged in the sub-scanning direction, the cells in the first column are n = 1, 3, 5,..., And the cells in the second column are n = 2, 4, 6,. The image reading apparatus according to the above aspect employs a configuration in which the opening of the cell is larger than the reading range of the cell. According to this configuration, even if a blank range that cannot be read occurs at a boundary between adjacent cells in one first column, that is, between the k-th and (k + 2) -th cells, an image of the blank range is generated. Can be read by the (k + 1) th cell in the other second column, and the images can be complemented.
さらに、上述のように本発明の一態様の画像読取装置では、第1列内及び第2列内それぞれにおいて、原稿から各セルへ向かう主光線が平行であるので、各セルから原稿までの距離が変動した場合でも、撮像素子部に対する主走査方向の画像の位置が変化することはない。よって、合成された後の画像のk番目と(k+1)番目の境界部の画像も劣化することがない。 Further, as described above, in the image reading apparatus of one embodiment of the present invention, the principal rays from the original to each cell are parallel in the first row and the second row, so the distance from each cell to the original. Even if fluctuates, the position of the image in the main scanning direction with respect to the image sensor section does not change. Therefore, the image at the k-th and (k + 1) -th boundary portion of the combined image does not deteriorate.
また、第1平面鏡の設置角度がセル毎に異なっていると、セル間で原稿面での読み取り位置若しくは光軸角度のばらつき、又はその両方のばらつきが生じ、画像結合の際に画像の劣化を生じる可能性がある。第1列および第2列のセルに属する第1平面鏡が一体構造物で形成されているので、セル間で原稿面での読み取り位置若しくは光軸角度のばらつき、又はその両方のばらつきを抑制することができ、画像劣化のない良好な画像を提供することができる。
また、第1平面鏡を一体構造物で形成することで、画像読取装置の組み立てが容易になるという効果を得ることもでき、さらに、部品点数の削減によりコスト低減を図ることもできる。
このように本発明の一態様による画像読取装置によれば、被写界深度が大きく、かつ小型化を達成することができる。
In addition, if the installation angle of the first plane mirror is different for each cell, the reading position on the document surface and / or the optical axis angle varies between cells, and both cause variation, and image degradation occurs when images are combined. It can happen. Since the first plane mirrors belonging to the cells in the first row and the second row are formed as an integral structure, it is possible to suppress variations in reading position or optical axis angle on the document surface between the cells, or variations in both. Therefore, it is possible to provide a good image without image deterioration.
In addition, by forming the first plane mirror as an integral structure, it is possible to obtain an effect that the assembly of the image reading apparatus becomes easy, and it is possible to reduce the cost by reducing the number of parts.
As described above, according to the image reading apparatus of one embodiment of the present invention, the depth of field is large and the size can be reduced.
本発明の実施形態である画像読取装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。 An image reading apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are denoted by the same reference numerals.
実施の形態1.
図を参照して、本発明の実施の形態1に係る画像読取装置501の一例について説明する。
以下で説明するように、本実施形態1の画像読取装置501は、光反射系の結像光学系にて構成されており、原稿の読み取り領域からの光は、反射を繰り返して撮像素子部に至る。一方、理解を容易にし、また説明の便宜上、以下の画像読取装置501のシステム構成の説明では、例えば図13に示すように、結像光学系内の第1レンズ100、第2レンズ102などは屈折系におけるレンズ形態にて図示及び説明を行う。
An example of the
As will be described below, the
まず、図12から図22を参照して、画像読取装置501のシステム構成について説明する。
本実施形態の画像読取装置501は、大きく分けて、結像光学系1と、光源2と、撮像素子部41、42、…と、メモリ5と、処理装置6とを備える。これらの構成部分は、画像の読み取りがなされる被読取物の一例である原稿7の近傍に光源2が配置され、原稿7にて反射した光が入射可能なように結像光学系1が配置され、撮像素子部41等が適宜配置される。このような画像読取装置501は、主走査方向(X方向)211に沿って原稿7の画像を読み取り、さらに主走査方向211に直交する副走査方向(Y方向)212に原稿7をスキャンして、原稿7における全画像の読み取りを行う。尚、原稿7とは、文章、書画、写真などを表示した被読取物、紙幣等の被読取物であり、印刷するもとになったり、真贋の判定に使用されたり、電子ファイルとして使用されたりするものが相当する。又、図12では、図示の明瞭化のため、原稿7の図示を省略している。
First, the system configuration of the
The
原稿7は、原稿載置部材としての天板3に載置される。天板3は透明体にてなり、一般にはガラス板である。例えば蛍光灯又はLED等である照明光源2は、天板3の下方であって原稿7の読み取りに支障が生じない箇所に配置され、原稿7上の読み取り位置に存在する被撮像部31、32、…に照明光線201を照射する。尚、図12では、光源2は、副走査方向212において結像光学系1の片側にのみ配置しているが、これに限定されず、もちろん両側に配置しても良い。
The
ここで光源2について説明する。図19は、光源2の構造を示している。光源2は、大きく分けて、出射部22及び光散乱層25を有する導光体21と、電極部26と、発光源27とを備え、当該光源2の長手方向の両端部にそれぞれ配置された電極部26及び発光源27の間に導光体21が配置されている。
Here, the
光散乱層25は、導光体21の略全長に渡り設けられ、導光体21の出射部22から、主走査方向211に沿った光源2の全体から光を均一に照射させるためのものである。発光源27は、本実施形態では、それぞれ、赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)波長を発するLEDチップからなる。よって、電極部26には、図20に示すように、R光源27R、B光源27B、及びG光源27Gが設置される。
The
又、出射部22からの光の放出を均一にするため、光散乱層25は、発光源27が導光体21の両端に設置される場合には、主走査方向211の中央を幅広に形成され、片側設置する場合には、光源27から遠ざかるに連れて幅広に形成される。尚、図20では、主走査方向211の中央を幅広に形成した光散乱層25が示されている。
尚、各RGB光源27の光学波長は、下記の受光部402(図22)に設けられたRGBフィルタの各RGB色の波長と略一致している。
In addition, in order to make the light emission from the
Note that the optical wavelength of each RGB
図12では、被撮像部31、32、…は、説明上及び視覚上の理解を容易にするために、短冊状の枠で囲って図示しているが、特に構造物は存在しない。又、説明上、主走査方向211に沿って、被撮像部31、33、…が配列される部分を読み取りライン8とし、被撮像部32、34、…が配列される部分を読み取りライン9とする。
In FIG. 12, the imaged
結像光学系1は、被撮像部31、32…で反射した、光源2の照明光線201の散乱光を集光し画像として結像する結像光学系である。このような結像光学系1は、複数のセル11、12、…を有する。各セル11、12、…は、それぞれ独立した結像光学系であって原稿7側にテレセントリックな光学系を有し、主走査方向211に複数個配置される。
さらに、副走査方向212には、各セル11、12、…は、第1列215及び第2列216の2列に配列される。ここでは、セル11、13、15、…が第1列215に属し、セル12、14、…が第2列216に属する。又、同列に配置される各セルは、各セルの主光線の内、原稿7から各セル11、12、…へ向かう光線が互いに平行であるように配置されている。尚、主光線のうちの原稿7から各セル11、12、…へ向かう光線という文言は、光軸という言葉で置き換えることができる。即ち、第1列に属する各セル11、13、…の光軸11a、13a、…が互いに平行となるように、各セル11、13、…は設けられ、第2列に属する各セル12、14、…の光軸12a、14a、…が互いに平行となるように、各セル12、14、…は設けられる。
The imaging
Furthermore, in the
さらに、副走査方向212における各セル11、12間、各セル12、13間、各セル13、14間、…で結像画像が補完可能なように、第1列215及び第2列216の各セル11、12、13、…は、主走査方向211にて千鳥状に配置されている。
Further, in the
各セル11、12、13、…を構成する光学系要素の配置と光路について説明する。
図13は、主走査方向211における、第1列215に備わるセル11、13、15、…の結像光学系要素と、主要光路とを示した図である。図14は、副走査方向212におけるセル11とセル12とを重ね書きした状態にて、結像光学系要素と主要光路とを示した図である。
The arrangement and optical path of the optical system elements constituting each
FIG. 13 is a diagram showing the imaging optical system elements of the
各セル11、12、13、…は、同一の構成を有し、ここでは代表してセル11を例に説明する。セル11は、第1光学素子として機能する一例である第1レンズ100と、絞りとして機能する一例であるアパーチャ101と、第2光学素子として機能する一例である第2レンズ102と、これらを保持する保持具103とから構成される。セル11において、第1レンズ100の後側焦点位置にアパーチャ101を配置することで、セル11は、原稿7側にテレセントリックな光学系を実現できる。
Each
又、本実施形態1では、図12及び図14に示すように、第1列215に属するセル11、13、…における光軸11a、13a、…と、第2列216に属するセル12、14、…における光軸12a、14a、…とが第1列215と第2列216との隙間側へ傾斜した状態にて第1列215のセル11、13、…と、第2列216のセル12、14、…とが配置されている。この結果、本実施形態1では、図14に示すように、天板3の上に置かれた原稿7にて、両者の光軸11a、12a等が交差している。尚、両者の光軸11a、12a等は、必ずしも天板3の上面にて交差する必要はなく、天板3の上方で交差しても良い。
In the first embodiment, as shown in FIGS. 12 and 14, the
次に、撮像素子部について説明する。撮像素子部41、42、…は、図12に示すように、各セル11、12、13、…に対応して基板4上に配置される。つまり、第1列215に属するセル11、13、…に対応して撮像素子部41、43、…が配置され、第2列216に属するセル12、14、…に対応して撮像素子部42、44、…が配置される。
Next, the image sensor unit will be described. As shown in FIG. 12, the
図21及び図22を参照して、撮像素子部についてさらに詳しく説明する。図21は、撮像素子部41、42、…を備えた基板4の平面図であり、2aは、照明光源2と、撮像素子基板4のコネクタ400とを電気接続する光源接続部である。
各撮像素子部41、42、…は、例えばCCD等からなる受光部が主走査方向211に複数個配列されて構成されたもの、さらには、上記受光部を主走査方向211に複数個配列したものを副走査方向212に複数列にて配置して構成したものである。
With reference to FIG. 21 and FIG. 22, the image sensor unit will be described in more detail. FIG. 21 is a plan view of the
Each of the
図22に、撮像素子部41、42、…の平面図を示す。撮像素子部41、42、…は、大きく分けて受光部402と、光電変換・RGBシフトレジスタ駆動回路403と、入出力部404とを有する。受光部402は、1画素に対して赤色(R)、緑色(G)及び青色(B)からなりゼラチン材などで構成したRGBフィルタ402aを受光面に配置した撮像素子である。この撮像素子部41等では、主走査方向211に沿って、144画素分、つまり144個の受光部402が配置されている。光電変換・RGBシフトレジスタ駆動回路403は、受光部402に入射した光をRGBごとに光電変換し、その出力を保持し、駆動する。入出力部404は、撮像素子部41等に信号及び電源を入出力するワイヤボンディングパッド部である。
FIG. 22 is a plan view of the
このように構成される撮像素子部41、42、…に対して、各セル11、12、13、…に入射したそれぞれの原稿画像は、第1レンズ100、アパーチャ101、第2レンズ102によって撮像素子部41、42、43…上に反転像が形成される。例えば、原稿7の読み取りライン8上の被撮像部31の画像は、セル11を通り、撮像素子部41に結像され撮像され、読み取りライン9上の被撮像部32の画像は、セル12を通り、撮像素子部42に結像され撮像される。
In the
メモリ5は、撮像素子部41、42、…と接続され、各撮像素子部41、42、…が送出する画像情報を記憶する。
処理装置6は、メモリ5に記憶した画像情報を読み出して、画像に復元して合成し、原稿7における全体の画像を作成する。尚、メモリ5及び処理装置6は、図12では別体にて図示しているが、もちろん同一基板上に設置可能である。
これらのメモリ5及び処理装置6については、以下の動作説明にて詳しく説明する。
The
The
The
以上説明したようなシステム構成を備えた画像読取装置501における結像光学系1は、冒頭で述べたように、光反射系の光学系にて構成されている。以下には、図1から図3を参照して、画像読取装置501における実際の光学系の構成について説明する。
The imaging
ここで、図1は、画像読取装置501における副走査方向212に沿った断面を示す図であり、上述した一つのセル11、12等における原稿7から撮像素子部41、42等に至るまでの実際に即した光路を示している。また、第1レンズ100及び第2レンズ102は、それぞれ、第1反射型集光光学素子及び第2反射型集光光学素子の機能を果たすものの一例に相当し、凹面鏡にて構成され、光を反射する。
Here, FIG. 1 is a diagram showing a cross section along the
図2は、第1列215に属するセル11、13、…、及び第2列216に属するセル12、14、…が主走査方向211にて千鳥状に配列された状態において、実際に即した光路を斜視図にて示したものである。
2 is actually in a state where the
図3は、図2に示す構成において、主走査方向211に沿って副走査方向212から見た図である。光線の重なりを分かりやすくする為に、アパーチャ101から撮像素子41、42等までの光路、及び、撮像素子41、42等、基板4は図示していない。
FIG. 3 is a view of the configuration shown in FIG. 2 as viewed from the
図1に示すように、画像読取装置501は以下のような構成を有する。即ち、Z方向において天板3の下方で読み取りライン8、9(図12)に対応したそれぞれの位置に、第1レンズ100、100が設置される。各第1レンズ100は、読み取りライン8、9にて反射したそれぞれの光を、副走査方向212において異なる方向で、角度φにて斜め上方へ反射させる。尚、角度φは、読み取りライン8、9から第1レンズ100、100に至る光線の光軸591と、第1レンズ100、100にて反射した光線の光軸592とのなす角度である。
As shown in FIG. 1, the
また図1に示すように、Z方向において、第1レンズ100、100の上方には、平面鏡と窓とを一体的に形成した一体構造物600が配置されている。よって、読み取りライン8、9にて反射したそれぞれの光は、一体構造物600における窓部601を通過して第1レンズ100、100に至る。尚、一体構造物600については、以下で詳しく説明する。
As shown in FIG. 1, an
第1レンズ100、100にて斜め上方へ反射したそれぞれの光線は、一体構造物600における上記平面鏡の部分(第1平面鏡105と呼ぶ)で反射される。第1平面鏡105で反射された光線は、アパーチャ101、101を通過し、第2レンズ102、102に達する。ここで、アパーチャ101、101は、第1レンズ100、100の後側焦点位置に設置されている。第2レンズ102,102にて再びZ方向に反射された光線は、セル11、13、…に対応した撮像素子部41、43、…、及びセル12、14、…に対応した撮像素子部42、44、…にそれぞれ達する。
Each light beam reflected obliquely upward by the
ここで、第2レンズ102及び撮像素子部41、42は、仕切り壁127、アパーチャ101、及び基板4により、光源2から遮光されている。また、基板4は、撮像素子部41、43、…を有する基板4aと、撮像素子部42、44、…を有する基板4bとに分離されている。基板4を分離することで、基板4a,4bの位置を調整することにより、原稿7の読み取り位置を、セル11、13、…とセル12、14、…とに対応して別々に調整することができ、組立て誤差によって生じる原稿7の読み取り位置若しくは光軸角度のばらつき、又はその両方のばらつきを補正できるという利点がある。尚、図1に示す「50」は、撮像素子部41、42等の電子回路部品を示す。
Here, the
以上のような構成を有する画像読取装置501において、図1及び図2を参照して、原稿7にて反射した光の結像光学系1における光路についてさらに説明する。
原稿7から各セル11、12等へ向かう光線は、一体構造物600の窓部601を通過して、凹面鏡である第1レンズ100にて、その光路が折り曲げられ、かつ集光される。第1レンズ100で反射された光線は、一体構造物600における第1平面鏡105にて反射され、アパーチャ101を通過する。ここで、第1レンズ100から第1平面鏡105を経てアパーチャ101に至る光路長は、第1レンズ100の焦点距離に等しくなるように設定されている。よって、画像読取装置501は、原稿7の原稿面側にテレセントリックな光学系となる。すなわち、主走査方向211に沿った原稿面の各点からそれぞれのセル11等に入射する主光線は、互いに平行となる。アパーチャ101を通過した光線は、凹面鏡である第2レンズ102で光路を折り曲げられ、かつ集光され、撮像素子部41、42等上に結像される。
In the
Light rays traveling from the
図1に示されているように、画像読取装置501では、各セル11、12等における構成において、凹面鏡である第1レンズ100、凹面鏡である第2レンズ102、及び第1平面鏡105へ入射するそれぞれの光線の角度が小さいことを特徴とする。即ち、図28を参照して上述した、本出願人が既に提案している画像読取装置(WO2009/122483)では、大きな入射角を有するミラーの使用に伴い、製造誤差及び設置誤差に起因して、得られる画像に歪みが生じる可能性がある場合も考えられる。
As shown in FIG. 1, in the
これに対して図1に示す本実施形態における画像読取装置501では、凹面鏡にてなる第1レンズ100への光線の斜入射角度を図29に示す場合よりも小さく構成した。本実施形態では、第1レンズ100における光線の斜入射角度は、10度程度であり、折り返しミラー111(図28)の45度に比べて非常に小さい。同様に、第2レンズ102における光線の斜入射角度も10度程度で比較的小さい。よって、第1レンズ100及び第2レンズ102の設置誤差に起因する像の回転角度は小さい。このように本実施形態の画像読取装置501によれば、光線の入射角が比較的小さい第1レンズ100、102を設けたことで、図29を参照して以下に説明する2つの問題、つまりディストーションの発生及び画像の回転、を回避することができる。
On the other hand, in the
上述の説明を具体的にするために、計算したモデル及びその計算結果を、上述の図29、図30とともに図26、図27に示す。図29に示すように、光線は、X軸と平行な直線132上の点112a、112b、112c、…から−Z方向に出射され、折り曲げミラー111Aに入射角φで入射する。その反射光は、図30に示すように、Z軸から角度2φ離れた方向に反射され、スクリーン140に到達する。ここで、折り曲げミラー111AがZ軸周りにθ回転して、111Bで示す姿勢になったとき、図29及び図26に示すように、像がθ’回転するとする。折り曲げミラー111Aの斜面の傾斜角度φ、すなわち光線の入射角度φをパラメータとして、折り曲げミラー111Aの回転角θに対する像回転角θ’の比を像回転現象の感度と定義して、この感度を計算したグラフを図27に示す。図27から分かるように、光線の入射角φ=45°のとき、感度θ’/θは1であり、図29を参照して従来技術における画像の回転について説明したように、φ=45°のときにはθ’=θであることと合致する。光線の入射角φが小さくなればなるほど、感度は小さくなり、φ=30°のときには、感度は1/2となる。本実施の形態の例では、光線の斜入斜角度は、上述のように10度程度としている。このように、光線の斜入射角度を30度以下に設定すれば、従来技術における45度の場合と比較して、像の回転を小さくすることができる。即ち、第1レンズ100及び第2レンズ102の設置誤差に起因する像の回転が小さくなる効果を十分に得ることができる。
In order to make the above description concrete, the calculated model and the calculation result are shown in FIGS. 26 and 27 together with FIGS. 29 and 30 described above. As shown in FIG. 29, light rays are emitted in the −Z direction from
一方、凹面鏡への斜入射角度が大きくなると、斜入射により大きな収差が発生する。球面鏡、あるいは軸対称の非球面凹面鏡では、その収差補正が困難である。要求される解像度次第であるが、凹面鏡の曲面を面内のx、y方向で異なる曲率を持つ自由曲面とすることで、収差は大幅に除去され、解像度を向上させることができる。この自由曲面の形状は、例えば、次式で表される。 On the other hand, when the oblique incident angle on the concave mirror increases, a large aberration occurs due to the oblique incidence. In the case of a spherical mirror or an axially symmetric aspherical concave mirror, it is difficult to correct the aberration. Depending on the required resolution, the curved surface of the concave mirror is a free-form surface having different curvatures in the x and y directions in the surface, so that aberrations are largely removed and the resolution can be improved. The shape of this free-form surface is represented by the following equation, for example.
Cx=1/Rx、Cy=1/Ry …(式2) Cx = 1 / Rx, Cy = 1 / Ry (Formula 2)
X’=X+Xoffset X ’= X + Xoffset
この式においては、凹面鏡の開口の中心を原点とし、ここではx方向を副走査方向、y方向を主走査方向とする。また、開口の中心を光軸が通る位置としている。zは凹面鏡のサグ値である。曲面関数(式1)の原点は、開口の中心からXoffsetだけずれている。このように、関数の中心位置を光軸通過位置からずらすと、斜入射光線に対して収差補正を効率よく行なうことができる。 In this expression, the center of the opening of the concave mirror is the origin, and here the x direction is the sub-scanning direction and the y direction is the main scanning direction. In addition, the center of the opening is a position where the optical axis passes. z is the sag value of the concave mirror. The origin of the curved surface function (Equation 1) is offset from the center of the aperture by Xoffset. In this way, if the center position of the function is shifted from the optical axis passage position, aberration correction can be efficiently performed for obliquely incident light rays.
「式1」における第1項は、x、y方向で曲率の異なるバイコニック面を表している。
「式1」における第3項
The first term in “
The third term in "
においては、yの正負に関して対称な光学系を仮定しているので、β1、β3、β5、β7などの奇数次係数はゼロである。
「式1」における第2項
Since an optical system that is symmetrical with respect to the sign of y is assumed, odd-order coefficients such as β1, β3, β5, and β7 are zero.
Second term in "
において、奇数次の係数αiをゼロでない値とすれば、X’の正負に関して非対称な曲面形状となる。この奇数次項を導入することで、大きな斜入射角による収差の除去が容易になる。 If the odd-order coefficient αi is a non-zero value, the curved surface shape is asymmetric with respect to the sign of X ′. By introducing this odd-order term, it becomes easy to remove aberration due to a large oblique incident angle.
このように、第1レンズ100及び第2レンズ102の凹面を自由曲面にて構成することで、10度程度の大きな入射角及び出射角となる光線に対しても収差を小さく抑えることができる。
In this manner, by configuring the concave surfaces of the
以上のように構成された本実施形態における画像読取装置501の動作について、主に図1、図12〜図18を参照して以下に説明する。
照明光源2から照射された照明光線201は、天板3上に置かれた原稿7を照射する。
原稿7の読み取りライン8、9に位置する被撮像部31、33、35…での反射散乱光が、セル11、13、15…、にて結像され、基板4上に配置された撮像素子部41、43、45…にて撮像される。被撮像部32、34、36…での反射散乱光も同様に、セル12、14、16…、にて結像され、基板4上に配置された撮像素子部42、44、46…にて撮像される。このとき、光線は、実際には上述したように、第1レンズ100、第1平面鏡105、アパーチャ101、及び第2レンズ102を、反射、通過する。それぞれの撮像素子部41、43、45…および、42、44、46…から送出される画像信号は、メモリ5に一時的に保存され、その画像信号は、処理装置6にて復元される。
The operation of the
The
The image of the reflected and scattered light from the imaged
各セル11、12、13…に対応する撮像素子部41、42、43…で得られた画像の復元動作について説明する。
第1列215及び第2列216に配列されている各セル11、12、…は、図14に示すように、副走査方向212において隙間側にその光軸が傾斜しているので、原稿の高さ方向(Z方向)の位置により、その読み取り位置が副走査方向にずれる。すなわち、天板3の上では光軸が交差しているが、天板3の上方の位置76では光軸が副走査方向に離れている。よって、同一時刻に、セル11、13…と、セル12、14…とが撮像する画像は異なる。言い換えると、副走査方向212において同一線上にある画像は、異なる時刻に撮像される。このように、異なる時刻にて撮像された画像から、元の原稿画像を復元するために、撮像素子部41、42、43…で得られた画像は、メモリ5に一時的に保存する。そして、一時保存した各画像を、処理装置6によって元の原稿画像を復元する。図13、図14で示すように反転像が得られる場合において、上記復元を行うための画像処理動作について、図15〜図17を用いて以下に説明する。
The operation of restoring the images obtained by the
As shown in FIG. 14, each of the
図15は、天板3の上方の位置76(図14)に原稿7が置かれた場合の読み取り領域である被撮像部31、32…の配置と、図示されていない原稿7上の文字画像「あ」とを示している。図15において、主走査方向211における範囲AA’は、被撮像部31と被撮像部32との重なり領域であり、範囲B’Bは、被撮像部32と被撮像部33との重なり領域である。副走査方向212に原稿7がスキャンされると、相対的な位置関係として、文字画像「あ」は、Y方向にスキャンされる。ここで、「相対的な位置関係」と記したのは、静止している画像読取装置501に対して原稿7が副走査方向212にスキャンされても良いし、静止している原稿7に対して画像読取装置501が副走査方向212にスキャンされても良いことを意味する。ここで文字画像「あ」は、被撮像部31と被撮像部32にまたがる領域に存在するとする。
15 shows the arrangement of the imaged
図16は、撮像素子基板4上に配置された撮像素子部41、42、…を示している。図16において、主走査方向211における範囲aa’は、撮像素子部41と撮像素子部42との重なり領域であり、範囲b’bは、撮像素子部42と撮像素子部43との重なり領域である。撮像素子部41及び撮像素子部42にて得られる文字画像「あ」の信号画像を、スキャンの時間を縦軸にとり、横軸を主走査方向211にとり模式的に表すと、図16に示す点線枠内の図示のようになる。撮像素子部41で得られる画像は、文字画像「あ」の主走査方向211の被撮像部31内の画像を反転したものになる。同様に、撮像素子部42で得られる画像は、文字画像「あ」の主走査方向211の被撮像部32内の画像を反転したものになる。ここで図中のAA’に相当する部分、及びA’Aに相当する部分で示されている画像が被撮像部の重なり領域である。この2つの撮像素子部41、42で得られた画像を、それぞれ反転させ、上記重なり領域を横に合わせて、縦に並べて二つの画像を描くと図17のようになる。この2つの画像の重なり領域の画像が一致するように、これら2つの画像を合成することで、元の文字画像「あ」を得ることができる。処理装置6は、このような合成動作を行う。
FIG. 16 shows the
ここで、上述のような画像の合成処理を行うことの優位な点について述べる。複数の結像光学系から得られる画像を正立等倍像にして、撮像素子部上で、隣接する結像光学系からの画像を合成する方法については、上述した従来法2、4、5で述べられている。しかしながら、隣接する結像光学系から得られる画像の合わせ目の領域を、ずれが生じないように、複数のレンズ及びミラー等の機械的要素からなる光学素子を組み立てるのは容易ではない。
Here, the advantages of performing the above-described image composition processing will be described. Regarding the method of converting images obtained from a plurality of imaging optical systems into erecting equal-magnification images and synthesizing images from adjacent imaging optical systems on the image sensor unit, the
これに対し、本実施形態のように、セル11、12…毎から得られる独立した画像を、信号処理上の画像合成によって、つまりソフトウエアによって、元の画像を復元する方法を採ることで、たとえ、組み立て及びレンズの少なくとも一方の製造誤差等により、隣接するk番目セルと、(k+1)番目のセルの画像の重ね合わせにわずかな誤差が発生した場合でも、ソフトウエア上で容易にその誤差を補正することができる。
このように、セル毎に独立した画像を取得して画像合成をすることは、製造誤差を緩和するという効果がある。
On the other hand, as in the present embodiment, by adopting a method of restoring an original image obtained from each
As described above, acquiring an independent image for each cell and performing image synthesis has an effect of reducing manufacturing errors.
次に、本のような原稿7を例に取り、本発明における特徴の一つである、大きな被写界深度を得るための構成について、図18を用いて説明する。本のような原稿7では、本の綴じ目が天板3から浮き上がってしまうために大きな被写界深度を持つ画像読取装置が必要である。
Next, taking a
図18に示すように、主走査方向211において、焦点方向(Z方向)の位置が変化する原稿7があるとする。図18の(a)は、第1列215に属するセル11、13、…と、これらのセル11、13、…における光路を示したものであり、図18の(b)は、第2列216に属するセル12、14、…と、これらのセル12、14、…における光路を示したものである。
As shown in FIG. 18, it is assumed that there is a
上述したように、本実施形態の画像読取装置501に備わる各セル11、12、13、14、…は、原稿7側にテレセントリックな光学系である。よって、本実施形態の画像読取装置501では、原稿7までの物体距離が変動しても、撮像素子部に対する画像の読み取り位置が主走査方向には変化しない、という特徴がある。即ち、組み立て初期、あるいは動作初期に、画像合成のパラメータを決めてしまえば、天板3までの距離が面内で変化するような原稿7に対しても、主走査方向について画像の重ね合わせのずれが生じることはないという効果がある。よって、画像合成処理における補正は副走査方向212のシフトだけで良く、容易である。この隣接セル間での画像の合成は、隣接セル間で同じ領域撮影した画像が一致するように、副走査方向212に画像をシフトさせれば良い。
As described above, each of the
よって、本実施形態の画像読取装置501の被写界深度は、個々のセル11、12、13、14、…の被写界深度にて、ほぼ決定される。個々のセル11、12、13、14、…の被写界深度は、セル内の光学系の設計によって決まる。被写界深度は、光学系のF値でほぼ決定される。1セルの視野を大きくする場合には、セル内のレンズを非球面形状にしたり、複数のレンズを用いるなどにより、収差を十分補正する必要がある。600dpiの分解能が必要な場合、あくまで目安ではあるが、F値F=10で、約±1mmの被写界深度、F=20で、約±2mmの被写界深度が得られる。
Therefore, the depth of field of the
尚、図13、図14、図18では、天板3の上面に合焦するような図示になっているが、必ずしもこの限りではない。例えばF=10の光学系では、天板3の上面から1mm上の面に合焦されるように天板3の配置を行えば、±2mmの被写界深度を十分に使うことができる。
In FIGS. 13, 14, and 18, the focus is on the top surface of the
以上は、第一列と第二列に属するセルの光軸が互いに隙間側に傾斜している場合について述べたが、光軸が交差せず平行な構成においても、同様の構成をとることができる。但し、この平行な場合の記述は、ここでは省略する。 The above describes the case where the optical axes of the cells belonging to the first row and the second row are inclined toward the gap, but the same configuration can be adopted even in a parallel configuration where the optical axes do not cross each other. it can. However, description of this parallel case is omitted here.
次に、本実施形態の画像読取装置501における特徴的構成の一つである、上述した、第1平面鏡105と窓部601との一体構造物600の構成及び効果について述べる。
図4に示すように、平面鏡と窓との一体構造物600は、一例として、平坦な一枚のガラス基板603に、上述した第1平面鏡105と窓部601とを有するものである。第1平面鏡105は、例えば、ガラス基板上にアルミを蒸着したものであり、ミラー蒸着が不要な領域には、予めマスクをしてから蒸着をすることにより、図4のように光反射の必要な領域のみをミラー部とすることができる。
Next, the configuration and effect of the
As shown in FIG. 4, an
それぞれの第1平面鏡105に挟まれた中間の領域、すなわち副走査方向212であるY方向における中間の領域は、図2からも分かるように結像に寄与する光線が通過する領域であるから、アルミが蒸着されないようにし、窓部601とする。図4に示すように、この窓部601にIR(赤外線)カットフィルターを付与することも可能であるし、図5に示すようにIRカットフィルターのない状態としても良い。IRカットフィルターは、例えば誘電体多層膜を蒸着することによって製作することができ、可視範囲を超える近赤外光をカットすることにより良好な画像を得るためのものである。
Since the intermediate region between the first plane mirrors 105, that is, the intermediate region in the Y direction, which is the
平面鏡と窓との一体構造物600を用いることにより、次の4つの大きな効果を得ることができる。
第一の効果として、部品点数の削減を図ることができる。即ち、複数の第1平面鏡105と、窓部601におけるIRカットフィルターとの機能を、一体構造物600だけで達成することができ、部品点数の削減、該削減によるコスト低減が図られ、画像読取装置の組み立ても容易となる。
第二の効果として、小型化を図ることができる。即ち、窓部601におけるIRカットフィルターが第1平面鏡105の機能を持つ蒸着部と一体化されているため、別途IRカットフィルターを設置するスペースを削減でき、ひいては製品全体を小型化することができる。
第三の効果として、塵埃の進入防止を図ることができる。即ち、第1平面鏡105と窓部601とを一体構造物600によって一体構造とすることで、セル11,12等内への塵埃の侵入を防止することができ、塵埃がセル内の光学素子、及び撮像素子部41、42等に付着することによる画像の劣化を防止することができる。
第四の効果として、組み立てのバラツキの防止を図ることができる。この点を説明するために、まず、第1平面鏡105の取り付けがバラついた場合に生じる不具合について説明する。
By using the
As a first effect, the number of parts can be reduced. That is, the functions of the plurality of first plane mirrors 105 and the IR cut filter in the
As a second effect, downsizing can be achieved. That is, since the IR cut filter in the
As a third effect, it is possible to prevent dust from entering. That is, by making the
As a fourth effect, it is possible to prevent assembly variations. In order to explain this point, first, a problem that occurs when the
第1平面鏡105がセル11,12…毎に個別に取り付けられる場合、第1平面鏡105の取り付け角度及びZ方向における取り付け位置の少なくとも一方のバラツキにより、セル11,12…毎に原稿面での読み取り位置、光軸の角度、及びセル11,12…内での画像の転写倍率等にバラツキが生じる。
例えば、図9に示すように、第1平面鏡105が副走査方向212において装置外側へ傾いて取り付いた場合(X軸周りに回転する場合)、第1平面鏡105に対する光軸の角度は外側に倒れ、かつ原稿面での被撮像部31,33、…と、被撮像部32,34、…とは、外側に離れたものとなる。副走査方向212において被撮像部31、32等の位置が離れると、図16で例示したように、隣接セル間での画像のずれが大きくなり、画像合成を行うためのメモリ量が増大するという問題が生じる。
When the
For example, as shown in FIG. 9, when the
また、図10に示すように、主走査方向211において第1平面鏡105の向きがバラツク場合(Y軸周りに回転する場合)、原稿面での被撮像部31、32、…が主走査方向211に沿ってバラつき、第1平面鏡105に対する光軸の角度は主走査方向211に沿ってバラつく。このようなバラツキによって、図10に示すように例えば隣接セル間での被撮像部31と被撮像部32とに重複領域がなくなってしまうと、欠落した画像となってしまう。また、主走査方向211において隣接セル間で被撮像部31、32、…に重複がある場合で、隣接セル間で主走査方向211の光軸の角度が異なるときには、原稿距離が変化したとき、セル間での重複領域の画像が主走査方向211に移動してしまう。よって、前述した画像合成処理を行う際に主走査方向211へも画像を移動させる必要が生じ、画像合成処理が困難となる。
10, when the orientation of the
また、図11に示すように、Z方向において第1平面鏡105の位置が設計位置610とは異なる場合、第1レンズ100からアパーチャ101までの光路長が、第1レンズ100の焦点距離と異なってしまい、テレセントリックな光学系ではなくなってしまう。例えば図11に示すように、第1平面鏡105が設計位置610よりも上方にある場合、視野の外側の主光線611、612は、図示のように内側に倒れたものとなる。すなわち、テレセントリックな光学系でない場合、原稿距離の変化に応じて転写倍率が変化し、セル間での重複領域の画像が主走査方向211に移動して画像の重ね合わせにずれが生じる。この場合も上述した画像合成処理が困難となる。
As shown in FIG. 11, when the position of the
以上のような、第1平面鏡105の取り付けのバラツキに起因する不具合に対して、一体構造物600を用いることで、図9〜図11で示した不具合を解決することができる。即ち、ミラー部に相当する第1平面鏡105が一枚の平面状のガラス基板603に設置されているので、セル11,12…間における設置のバラツキが抑制される。また、副走査方向212における傾きが抑制されることから、副走査方向212の被撮像部と光軸との角度のバラツキを抑制でき、図9を参照して説明した課題を解消することができる。同様に、主走査方向211における第1平面鏡105の傾きのバラツキが抑制されることにより、主走査方向211における被撮像部と光軸との角度のバラツキを抑制でき、図10を参照して説明した課題を解消することができる。さらに、Z方向における各第1平面鏡105の位置が揃うことにより、セル11,12…毎に転写倍率が変わるという不具合を解消することができる。さらにまた、個々の第1平面鏡105の高さを設計値に合わせるのではなく、一枚の一体構造物600の高さを設計値に合わせるだけで良いので、調整の手間を大幅に省いて設計位置に高精度で合わせることができる。
The problems shown in FIGS. 9 to 11 can be solved by using the
一体構造物600の構造は、上述した構造に限定するものではなく、例えば図6から図8に示すようなバリエーションも考えられ、これらの変形例における構造でも上述と同様の効果を奏することができる。
即ち、図4及び図5の構成では一枚の基板に第1平面鏡105を主走査方向211に沿って間隔をあけて形成している。これに対し図6では、第1列215に配列される各セル11、13、…に対応する第1平面鏡105を連続した領域にて形成し、同様に、第2列216に配列される各セル12、14、…に対応する第1平面鏡105を連続した領域にて形成した構成を示している。このように同列内でミラー部をつなげることで、第1平面鏡105を蒸着させるときのマスク形状を簡素化できるという利点がある。
The structure of the
That is, in the configuration of FIGS. 4 and 5, the first
また図4及び図5の構成では、一枚の基板に第1平面鏡105及び窓部601を形成している。これに対し図7に示すように、フレーム604にミラー基板605をはめ込んだ構成を採ることもできる。即ち、図8には、フレーム604とミラー基板605とを別々に示す。図8の(a)に示すように、ミラー基板605は、例えばガラス基板の片面にアルミを蒸着して、第1平面鏡105を形成したものである。ここでは、第1列215に配列されるセル11,13,…に対する第1平面鏡105を形成したミラー基板605と、第2列216に配列されるセル12,14,…に対する第1平面鏡105を形成したミラー基板605とをそれぞれ作製する。また、フレーム604は、図8の(b)に示すように、フレーム枠607と平面部606とを有して構成される。特に平面部606は、薄い爪状の保持部材であり、ミラー基板605における光路を妨げないミラー基板605の外側の領域に対応してフレーム枠607と一体に作製され、ミラー基板605を支持する。このような平面部606を平面基準とし、かつ副走査方向212における中央部を窓部601として、その両側に各ミラー基板605をフレーム枠607に取り付ける。尚、この構成では、窓部601は、部材が無い単なる空間である。
このように構成することで、全てのセル11,12,13,…に対する第1平面鏡105の設置角度、及び設置高さを揃えることができる。これにより、図4から図7で示したガラス基板一体型構造の場合と同様の効果を奏することができる。
4 and 5, the
By configuring in this way, the installation angle and the installation height of the
尚、図7の構成では、第1列215と第2列216とのそれぞれのセル11,13,…、12,14,…に対して、それぞれ一枚からなるミラー基板605を2つ用いた。しかしながら、画像読取装置において高い読み取り精度が要求されないような場合には、各セル11,12,13,…に対応した、あるいは幾つかのセルに対応して形成した、3つ以上のミラー基板605を用いることも可能である。これらのミラー基板605も、平面部606を平面基準として配置することから、各ミラー基板605間における設置角度及び設置高さは、上述の2つのミラー基板605を用いる場合に劣らない精度で揃えることが可能である。
In the configuration of FIG. 7, two
実施の形態2.
図23には、本実施の形態2における画像読取装置502が示されている。この画像読取装置502は、上述の実施の形態1における画像読取装置501の変形例に相当し、画像読取装置501と同様に、第1レンズ100とアパーチャ101との間に、一体構造物600に形成した第1平面鏡105を設けた構成を有するとともに、さらに以下の構成を備える。したがって以下では、実施の形態1の画像読取装置501と同一の構成部分については説明を省略し、画像読取装置501と相異する部分についてのみ説明を行う。
FIG. 23 shows an
画像読取装置502は、第1平面鏡105に加えて、さらに、第2平面鏡106をアパーチャ101と第2レンズ102との間の光路中に設け、この第2平面鏡106にてさらに光路を折り曲げた構成を有する。即ち、アパーチャ101を通過した反射光は、第2平面鏡106にて反射され、光路が折り曲げられて、第2レンズ102に達する。第2レンズ102にて反射された光線は、セル11、13、…に対応した撮像素子部41、43、…、及びセル12、14、…に対応した撮像素子部42、44、…にそれぞれ達する。
In addition to the
このように構成した実施の形態2における画像読取装置502は、第2平面鏡106を設け、さらに光路を折り曲げることで、より小型の装置を製作できるという大きな利点がある。
The
実施の形態3.
図24には、本実施の形態3における画像読取装置503が示されている。この画像読取装置503は、上述の実施の形態1における画像読取装置501の変形例に相当し、画像読取装置501と同様に、第1レンズ100とアパーチャ101との間の光路中に第1平面鏡105を設け、さらに以下の構成を有する。したがって以下では、実施の形態1の画像読取装置501と同一の構成部分については説明を省略し、画像読取装置501と相異する部分についてのみ説明を行う。
FIG. 24 shows an
上述の実施の形態1、2における画像読取装置501、502では、第1平面鏡105を設けるものの、図1及び図23に示すように原稿7からの反射散乱光は、直接、第1レンズ100にて反射している。これに対し、本実施の形態3における画像読取装置503では、図24に示すように、原稿7と第1レンズ100との間の光路中に第3平面鏡107を設置し、原稿7から第1レンズ100に至る反射光の光路を、第3平面鏡107で折り曲げた構成を有する。さらに、この第3平面鏡107も、上述した第1平面鏡105と同様に一体的に形成する。さらに、第3平面鏡107と第1平面鏡105とが同じ一体部材620に形成している。一体部材620について、以下に詳しく説明する。
In the
本実施の形態3の画像読取装置503では、図24に示すように、第1平面鏡105及び第3平面鏡107は、装置下部に位置する。よって、一体部材620では、上述した一体構造物600のように両側の第1平面鏡105に挟まれた部分を原稿7の反射光が通過することはない。したがって、一体部材620では、平面鏡と窓部とを一体的に構成する必要はない。
一方、第1平面鏡105と第3平面鏡107とは隣接して位置する。よって、一体部材620は、図25に示すように、平坦な一枚のガラス基板603の片面にアルミを蒸着してミラー部を形成したものである。このミラー部が第1平面鏡105及び第3平面鏡107に対応する。尚、図24に示すように、第1平面鏡105と第3平面鏡107とを分離して上記ミラー部を形成してもよいし、図25に示すように、区別することなく、ガラス基板603の片面全面をミラー部として形成してもよい。
In the
On the other hand, the
このように第1平面鏡105及び第3平面鏡107を一体部材620にて構成することで、実施の形態1で述べた一体構造物600が奏する効果のうち、上記第一及び第四の効果を奏することができる。即ち、第1平面鏡105及び第3平面鏡107の複数の平面鏡を一体部材で構成することにより、部品点数を削減することができる。また、第1平面鏡105及び第3平面鏡107の複数の平面鏡における設置角度及び高さ位置を揃えることができる。
Thus, by comprising the
また、このように構成した本実施の形態3における画像読取装置503では、第3平面鏡107を設けて、さらに光路を折り曲げることで、より小型の装置を製作できるという大きな利点がある。
The
1 結像光学系、2 照明光源、3 天板、4 基板、5 メモリ、
6 処理装置、7 原稿、8、9 読み取りライン、
11、12、13、14、… セル、31、32、33、34、… 被撮像部、
41、42、43、44、… 撮像素子部、
100 第1レンズ、101 アパーチャ、102 第2レンズ、
105 第1平面鏡、106 第2平面鏡、107 第3平面鏡、
126 遮光部材、127 仕切り壁、
202 遮光光線、203 点線領域、211 主走査方向、
212 副走査方向、215 第1列、216 第2列、
501〜503 画像読取装置、
600 一体構造物、601 窓部、604 フレーム。
1 imaging optical system, 2 illumination light source, 3 top plate, 4 substrate, 5 memory,
6 Processing device, 7 Document, 8, 9 Reading line,
11, 12, 13, 14,... Cell, 31, 32, 33, 34,...
41, 42, 43, 44,...
100 first lens, 101 aperture, 102 second lens,
105 first plane mirror, 106 second plane mirror, 107 third plane mirror,
126 light shielding member, 127 partition wall,
202 shielded light beam, 203 dotted line area, 211 main scanning direction,
212 Sub-scanning direction, 215 1st row, 216 2nd row,
501-503 image reading device,
600 monolithic structure, 601 window, 604 frame.
Claims (7)
上記光源からの光が原稿で反射した光を集光し画像として結像する結像光学系であって、該結像光学系は、それぞれが光学的に独立した光学系である複数個のセルで構成され、該セルは、主走査方向に沿って複数個配置され、主走査方向に直角な副走査方向には第1列及び第2列の2列に配列され、かつ上記第1列及び上記第2列の各セルは上記主走査方向にて千鳥状に配置される、結像光学系と、
それぞれの上記セルに対応して配置されセルを通過した光を受光する複数の撮像素子部と、
上記副走査方向において対応する上記撮像素子部同士が送出する上記原稿の画像情報を記憶するメモリと、
上記メモリに記憶した上記画像情報が重なる領域の画像が一致するように隣接セル同士の画像情報を合成して原稿の画像を作成する処理装置と、を備えた画像読取装置であって、
それぞれの上記セルは、上記原稿からの光を反射しかつ集光する、第1の反射型集光光学素子及び第2の反射型集光光学素子と、第1平面鏡と、アパーチャとを有し、セル内で上記原稿から上記撮像素子部へ向かう光の進行方向において上記第1の反射型集光光学素子、上記第1平面鏡、上記アパーチャ、上記第2の反射型集光光学素子の順番でこれらを配置し、
複数の上記セルに対応した複数の上記第1平面鏡を設けた一体構造物をさらに備えた、
ことを特徴とする画像読取装置。 A light source for illuminating the document;
An imaging optical system that focuses light reflected from the original by the light from the light source and forms an image as an image, and the imaging optical system includes a plurality of cells, each of which is an optically independent optical system. The plurality of cells are arranged along the main scanning direction, arranged in two rows of the first row and the second row in the sub scanning direction perpendicular to the main scanning direction, and the first row and The cells in the second row are arranged in a staggered manner in the main scanning direction, the imaging optical system,
A plurality of image sensor sections that are arranged corresponding to the cells and receive light that has passed through the cells;
A memory for storing image information of the original document sent by the image sensor units corresponding to each other in the sub-scanning direction;
An image reading apparatus comprising: a processing device that synthesizes image information of adjacent cells so as to match images in a region where the image information stored in the memory overlaps;
Each of the cells includes a first reflection-type condensing optical element and a second reflection-type condensing optical element that reflect and collect light from the original, a first plane mirror, and an aperture. the from the document in the cell in the traveling direction of the light toward the image pickup device unit first reflection type light-condensing optical element, the first plane mirror, the aperture in the order of the second reflection type light-condensing optical element Place these,
A monolithic structure provided with a plurality of the first plane mirrors corresponding to the plurality of cells ;
An image reading apparatus.
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