JP6058091B2 - 画像読取装置 - Google Patents
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Description
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。
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、同列に配置される各セルは、主光線の内上記原稿からセルへ向かう光線が互いに平行であるように配置され、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、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、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第1反射型集光光学素子、アパーチャ、第2反射型集光光学素子の順番に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、かつ光路を折り曲げる光学素子として上記第1反射型集光光学素子及び上記第2反射型集光光学素子のみを設けたことを特徴とする。
したがって上述したように、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。
図1から図18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。
図1から図3を参照して、追って説明するように、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5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。
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や、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4では、図示の明瞭化のため、原稿7の図示を省略している。
尚、各RGB光源27の光学波長は、受光部402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。
又、このような光源2の構成は、本実施の形態1のみならず、後述する実施の形態2における画像読取装置においても同じである。
図5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6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。
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4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。
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。図3は、図2に示す構成において、隣接セル間の迷光を防ぐための遮光板を明示した図である。
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の読み取り位置や光軸の傾きを補正できるという利点がある。
原稿7から各セル11、12等へ向かう光線は、凹面鏡である第1レンズ100にて、光線は光路を折り曲げられ、かつ集光される。第1レンズ100の後側焦点位置にアパーチャ101が設置されていることから、ある一つのセルに入射する主走査方向211に沿った原稿面からの光線群は、原稿面側にテレセントリックになる。
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。
(式1)における第3項
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
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。
を天板3よりも下に配置するために、L1>(L2+L3)cosφ を成立させる必要
がある。ここで、
L1:原稿7面から第1レンズ100面までの距離、
L2:第1レンズ100面からアパーチャ101までの距離、
L3:アパーチャ101から第2レンズ102面までの距離、
L4:第2レンズ102面から撮像素子部41等の受光面までの距離、
φ:上述のように、光軸591と光軸592とのなす角度、である。
本実施形態では、原稿側にテレセントリックな光学系なので距離L2は、第1レンズ1
00の焦点距離f1と等しい。
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。まず、原稿7の読み取りライン8に位置する被撮像部31、33、35…が、セル11、13、15…、及び撮像素子部41、43、45…にて撮像される。即ち、被撮像部31、33、35…にて反射し散乱した光線がセル11、13、15…に入射し、基板4上に配置された撮像素子部41、43、45…に結像する。このとき、光線は、実際には上述したように、第1レンズ100、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…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。
第1列215と第2列216とは、副走査方向212において中心間隔217にて離れており、原稿7を副走査方向212にスキャンしていくので、第1列215に配置されるセル11、13…と、第2列216に配置されるセル12、14…とが副走査方向212において原稿7を読み取る位置は異なる。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5、図6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7〜図9を用いて以下に説明する。
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。
この迷光を遮断するためには、遮光部材126を各セル間に挿入すれば良い。その状態を図18の右側の点線領域203の外側に示す。
一方、遮光部材126を設けることで、例えば図中の点Qからの光線は、遮光部材126で遮られてしまう。尚、図18に示す点線の光路は、遮光部材126がない場合の光路を示し、遮光部材126が存在する場合には、この光路は存在しない。
このように、セル11、12、…が千鳥配置ではなく、単に隣接して配置されている場合、遮光部材126をセル間に設けると、隣接セル間の画像信号が得られず、セル境界ごとに画像が欠落してしまうという問題があった。
本発明の実施の形態2における画像読取装置502の一例について、図19から図22を参照して説明する。尚、図19から図22では、結像光学系1に関して屈折系のレンズ形態にて図示しているが、上述した実施の形態1における画像読取装置501と同様に、本実施の形態2における画像読取装置502についても、光反射系の結像光学系にて構成されている。
本実施の形態2では、上述のように、実施形態1の画像読取装置501の場合に比べて、読み取りライン8、9の副走査方向212における中心間幅218aが狭い。よって、図23及び図24では、副走査方向212において位置する各セルによる原稿7面における読み取りライン8、9は、重なった状態、つまり一箇所の状態にて図示している。
このような読み取りライン8、9に関する相違はあるものの、本実施の形態2における画像読取装置502の構成は、図23に示すように上述した実施の形態1における画像読取装置501の構成と同じである。
原稿7で散乱してから各セル11、12等へ向かう光線は、凹面鏡である第1レンズ100にて、光路を折り曲げられ、かつ集光される。第1レンズ100の後側焦点位置にアパーチャ101が設置されている。このアパーチャ101の中心を通る光線を主光線と呼ぶが、原稿7から第1レンズ100までの主光線は、副走査方向212に傾いている。
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。
図25及び図26には、本発明の実施の形態3における画像読取装置503の一例が図示されている。画像読取装置503の基本的な構造は、上述した実施の形態1、2における画像読取装置501,502の構造に同じであるが、以下の点で相違する。即ち、画像読取装置501,502では、第1反射型集光光学素子の機能を果たすものの一例に相当する第1レンズ100と、アパーチャ101との間の光路中には光学素子を設けていないが、本実施の形態3における画像読取装置503は、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を設けている。尚、この構成は、以下に説明する実施の形態4、5においても採用している。
上述の相違点について、以下に詳しく説明する。
図25において、天板3上に載置された原稿7は、照明光源2によって照明され、原稿7での反射散乱光が画像読取装置503の光学系に入射する。Z方向において天板3の下方に配置される、第1列215及び第2列216に対応するそれぞれの第1レンズ100、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にて斜め上方へそれぞれ反射させる。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。
したがって、本実施形態3の画像読取装置503においても、光線の入射角が比較的小さい第1レンズ100、第1平面鏡105、及び第2レンズ102を設けたことで、上述の実施の形態1、2の画像読取装置501、502と同様に、ミラーの製造誤差及び設置誤差に起因して画像に歪みが発生するという問題を回避することができる。
即ち、(1)天板3と入射窓131との間の間隔d1を大きく取ることができ、画像読取装置503の光学系部分を物理的にスキャンさせることができる、(2)画像読取装置
503のZ方向に沿った高さH(図25)を小さくすることができる。
H≒b1+d2 (式4)
ここで、
d2:照明(光源2)系に必要なスペース、
b1:第1レンズ100から第1平面鏡105までの距離、である。
また、後の説明のために、次の変数を定義しておく。
b2:第1平面鏡105からアパーチャ101までの距離、
L3:アパーチャ101から第2レンズ102までの距離。
H’≒L1≒L2+L3+d2 (式5)
ここで、L1〜L3は、実施の形態1にて既に説明したように、L1:原稿7面から第1レンズ100面までの距離、L2:第1レンズ100面からアパーチャ101までの距離、L3:アパーチャ101から第2レンズ102面までの距離、である。また、d2は、画像読取装置501において光源2系に必要なスペースである。
f1=b1+b2 (式6)
f1=L2 (式7)
よって、式4及び式5は、以下のように書き換えられる。
H=f1+d2−b2 (式8)
H’=f1+d2+L3 (式9)
H≒b2+L3 (式10)
この場合においても、設計次第ではあるが、一般的に、第1平面鏡105の挿入により、図1に示す画像読取装置501の場合よりも高さHを小さくすることができる。さらに、セル11等の転写倍率を縮小すると、アパーチャ101から第2レンズ102までの距離L3を小さくすることができ、製品の高さHを小さくすることができる。即ち、実施の形態1では、セルの転写倍率が等倍の場合の利点を述べたが、本実施の形態3においては縮小の転写倍率とすることによる利点がある。
図27には、本実施の形態4における画像読取装置504が示されている。この画像読取装置504は、上述の実施の形態3における画像読取装置503の変形例に相当し、画像読取装置503と同様に、第1レンズ100とアパーチャ101との間に第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。以下では、実施の形態3の画像読取装置503との相違点についてのみ説明する。
図28には、本実施の形態5における画像読取装置505が示されている。この画像読取装置505は、上述の実施の形態3における画像読取装置503の変形例に相当し、画像読取装置503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。以下では、実施の形態3の画像読取装置503との相違点についてのみ説明する。
H≒d2+MAX(a2,b1,L4) (式11)
ここで、MAX( )は、括弧内に列挙された数字の内から最大値を取る関数を表している。
また同様に、第1平面鏡105と第3平面鏡107も隣接して位置することから、これらを一体部材で形成することができる。また、図28では、第1平面鏡105と第3平面鏡107の反射部は、互いに傾いた平面であるように図示しているが、設計次第では、第1平面鏡105と第3平面鏡107の反射部を同一平面にすることも容易である。この場合、第1平面鏡105と第3平面鏡107は、一枚の平面鏡で構成することができ、それにより部品点数を削減でき、組み立てが容易になるという大きな利点を得ることができる。尚、これらの平面鏡の部材は、樹脂成型で製作しても良いし、ガラス板などで製作しても良い。
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、
50 電子回路部品、
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、
501〜505、510 画像読取装置。
Claims (4)
- 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、同列に配置される各セルは、主光線の内上記原稿からセルへ向かう光線が互いに平行であるように配置され、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、
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、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第1反射型集光光学素子、アパーチャ、第2反射型集光光学素子の順番に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、かつ光を反射させる光学素子として上記第1反射型集光光学素子及び上記第2反射型集光光学素子のみを設け、
上記第1反射型集光光学素子及び上記第2反射型集光光学素子への入射角は30度以下であり、上記原稿から上記第1反射型集光光学素子までの距離は、上記第1反射型集光光学素子から上記第2反射型集光光学素子までの上記原稿に垂直な方向に沿った距離よりも長く、
上記第1反射型集光光学素子は上記原稿に対向して配置され、上記原稿で反射した光を副走査方向へ傾斜させて上記原稿側に反射し、副走査方向に関して非対称な曲面形状を持つ、
ことを特徴とする画像読取装置。 - 上記第1列に配置される各セルの主光線の内上記原稿から各セルへ向かう光線と上記第2列に配置される各セルの主光線の内上記原稿から各セルへ向かう光線とが上記第1列と上記第2列との隙間側へ傾斜した状態にて、上記第1列及び上記第2列に配置される各セルは配置されている、請求項1に記載の画像読取装置。
- 上記第1列及び上記第2列のそれぞれにおいて、隣接するセルの間に配置される板状の遮光部材をさらに備えた、請求項1又は2に記載の画像読取装置。
- 上記第1反射型集光光学素子又は上記第2反射型集光光学素子は、光反射面が上記主走査方向及び上記副走査方向で異なる曲率を持つ自由曲面である、請求項1から3のいずれか1項に記載の画像読取装置。
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