JPH06141148A

JPH06141148A - 画像読取装置

Info

Publication number: JPH06141148A
Application number: JP4133840A
Authority: JP
Inventors: Itaru Furukawa; 至古川; Yasuji Yonezawa; 保治米澤; Yoshiharu Itano; 義春板野
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】ＭＴＦのよい画像が得られるとともに、全体
としてコンパクトかつ安価な画像読取装置を提供する。【構成】光源３から照射された照明光は原稿２を透過
し、ミラー５、レンズ13を介して、ＣＣＤ15に結像さ
れ、画像データに光電変換される。制御部53は、ピエゾ
素子55、56を介して、ミラー５を微駆動させ、原稿２の
読取り位置を、ＣＣＤ15の受光素子の配列ピッチの半分
だけ移動させる。同様に、Ｘ方向、Ｘ方向およびＹ方向
に受光素子の配列ピッチの半分だけ移動させ、各々の読
取り位置での画像を光電変換し、画像データ合成メモリ
８に記憶させる。合計４回読取った画像データを合成す
ることによりＸ方向およびＹ方向とも２倍の細かさで読
取った画像データを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば印刷製版用の
スキャナ等の画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、２次元ＣＣＤ等を用いた画像
読取装置において、画像の変倍を行う方法としては、光
学的に変倍する方法（光学的変倍）と電気的に変倍する
方法（電気的変倍）がある。光学的変倍とは、ズームレ
ンズ等によってＣＣＤに投影する原稿画像を変倍するも
のである。一方、電気的変倍とは、ＣＣＤの読取りデー
タに対して平均化処理（間引き処理）や補間処理（水増
し処理）を行い変倍するものである。

【０００３】図８Ａに、光学的変倍方法を採用した画像
読取装置20を示す。画像読取装置20は、光源３、原稿台
４、ミラー５、ズームレンズ14、ズームレンズ駆動部1
6、ＣＣＤ15、画像メモリ81および画像処理部10を備え
ている。ズームレンズ14はズームレンズ駆動部16によっ
て駆動される。

【０００４】ＣＣＤ15の詳細を図10を用いて説明する。
ＣＣＤ15は、２次元ＣＣＤであり、光電変換する受光素
子17が、二次元配列されている。受光素子17の一辺の長
さはＳであり、各受光素子17は一定の配列ピッチＰで配
置されている。各受光素子17間は、光電変換できない無
効エリア18であって、その幅ｔは配列ピッチＰと受光素
子17の一辺Ｓとの差で決定される。近年、ＣＣＤの高密
度化が進み配列ピッチＰが小さくなって、Ｓとｔの値は
ほぼ等しく（Ｓ≒ｔ）なっている。

【０００５】図８Ａに戻って、画像読取装置20が、原稿
２の画像を変倍して読取る動作を説明する。まず光源３
から照射された照明光は、原稿２を透過する。この透過
光は、ミラー５で反射され、ズームレンズ14に入射す
る。そして、ズームレンズ駆動部16の指示によりズーム
レンズ14を介して、原稿２上の画像は所望の大きさに変
倍される。変倍された画像は、ＣＣＤ15によって読取ら
れる。読取られた画像データは画像メモリ81に記憶され
る。このデータは画像処理部10から出力される。このよ
うに画像読取装置20においては、ズームレンズ14で変倍
した後、ＣＣＤ15で光電変換することにより、原稿２の
変倍された画像データを読取ることができる。

【０００６】一方、電気的変倍方法を採用した画像読取
装置30を図８Ｂを用いて説明する。画像読取装置30は、
光源３、原稿台４、ミラー５、固定レンズ13、ＣＣＤ1
5、画像メモリ81および画像処理部10を備えている。画
像読取装置30の構成は、レンズ13にズーム機構を有しな
い点以外は、画像読取装置20とほぼ同様であるので、説
明は省略する。

【０００７】画像読取装置30において、ＣＣＤ15によっ
て光電変換された画像データは画像メモリ81に一時的に
記憶される。このデータは画像処理部10によって平均化
処理（間引き処理）や補間処理（水増し処理）が行われ
変倍データとなり、出力される。

【０００８】画像処理部10によって行われる補間処理
（水増し処理）について、図９を用いて説明する。同図
Ａのような状態で原稿画像21を読取った場合、受光素子
17a、17b、17cについて考えてみる。すると同図Ｂに示
すように、受光素子17a、17cの受光素子出力はa2、受光
素子17bの受光素子出力はa1となる。

【０００９】ここで、二倍に変倍する場合について説明
する。二倍に変倍する場合には、各々の受光素子の間
に、もう一つ受光素子があると考えればよい。具体的に
は受光素子17aと受光素子17bの間に受光素子17d、受光
素子17bと受光素子17cの間に受光素子17eがあると考え
る。そして、受光素子17d、17eの受光素子出力が（a1+a
2）／２となるよう補間する。また、同様に受光素子17c
とその右の受光素子の間に受光素子17fがあると考え、
その受光素子出力が（0+a2）／２となるよう補間する。
このような補間処理を行うことにより、二倍の変倍デー
タを得ることができる。なお、同様にして任意の変倍デ
ータを得ることができる。

【００１０】なお、平均化処理（間引き処理）する場合
は、補間処理の逆の処理を行えばよい。たとえば、0.9
倍にするのであれば、１０個の受光素子のうち１個の受
光素子を間引きするようにすればよい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような画像読取装置20，30においては、次のような問題
点があった。

【００１２】図８Ａの画像読取装置20においては、ズー
ムレンズ14を用いて、ＣＣＤ15に投影する原稿画像を変
倍するので、高倍時にＣＣＤ15が一回で読取れる読取り
範囲が狭くなる。したがって、これに対応した原稿の移
動が必要となり、原稿台駆動用のモータが必要となる。
また、ズームレンズ14のレンズユニットも高価で、かつ
ズーム駆動する駆動用モータが必要で、装置が大型にな
る。またズームレンズ14にはフレア、ＭＴＦ（modulati
on transfer function）など技術的に解決すべき課題も
ある。

【００１３】一方、図８Ｂの画像読取装置30において
は、高変倍時にＭＴＦが向上することはない。ＣＣＤ15
の配列ピッチＰを細かくすれば解像度よく読取ることが
できるが、配列ピッチＰを細かくした場合、無効エリア
18のサイズは限界に達しており、有効エリア（受光素子
17）が狭くなっているため、感度が低下してゆくという
問題が生じる。したがって、原稿を高倍率で、かつ解像
度よく出力するためには、光学レンズにズームレンズを
採用するか、または数種類の固定倍率のレンズを交換す
る機構が必要となる。この場合には、画像読取装置20と
同様、ＣＣＤ15が一回で読取れる読取り範囲が狭くな
る。したがって、これに対応した原稿の移動が必要とな
るとともに、原稿台駆動用のモータが必要となる。ま
た、レンズ交換の機構は高価で、かつ交換するモータ等
が必要で、装置が大型になる。

【００１４】この発明は、上記のような問題点を解決
し、ＭＴＦのよい画像が得られるとともに、全体として
コンパクトかつ安価な画像読取装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の画像読取装置
は、反射手段に設けられており反射手段を微駆動させる
圧電素子部と、受光素子の配列ピッチの整数分の１だけ
読取り位置を二次元的に移動させるよう圧電素子部を制
御する制御手段とを備えたことを特徴とする。請求項２
の画像読取装置は、さらに読取り位置を移動させて得た
複数の画像信号を合成する演算手段を備えたことを特徴
とする。

【００１６】

【作用】請求項１の画像読取装置によれば、圧電素子部
の制御によって反射手段が微駆動される。この微駆動に
よって、受光素子の配列ピッチの整数分の１だけ、読取
り位置が二次元的に移動したことになり、それぞれの位
置で画像入力を行うことができる。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の一実施例による画像読取装置51を示
す。画像読取装置51は、同図に示すように、原稿保持手
段である透明な原稿台４、照明手段である光源３、反射
手段であるミラー５、読取り手段であるＣＣＤ15、演算
手段である画像データ合成メモリ８および画像処理部10
および固定レンズ13を備えている。

【００１８】ＣＣＤ15は、従来と同様のものを用いてお
り、光電変換をする受光素子17が、配列ピッチＰで、二
次元配列されている。ミラー５には圧電素子部であるピ
エゾ素子55、56、および固定ベアリング部58が設けられ
ている。なお、図２に示すように、ピエゾ素子55、56の
一方の面は、ミラー５に取り付けられており、他の面は
固定部59a,59bに固定されている。

【００１９】固定ベアリング部58は、図６Ａに示すよう
に、先端に球状の突起58aを有しており、突起58aは、ミ
ラー５の球状の凹みに、はまりこんでいる。突起58aを
支点として、ミラー５は微駆動可能に保持される。な
お、固定ベアリング部58の他の一方は、固定部59sに固
定されている。なお、画像読取装置51においては、ピエ
ゾ素子55、56を用い、１箇所の固定ベアリング部58を支
点とする２点ミラー駆動型としている。

【００２０】図１に戻って、ピエゾ素子55、56は、制御
部53から与えられる電圧が変化することにより伸縮す
る。その結果、ミラー５は固定ベアリング部58を支点と
して、二次元的に微駆動する。

【００２１】つぎに、画像読取装置51が、原稿２の画像
を２倍に変倍して読取る方法について説明する。図１を
参照して、まず光源３から照射された照明光が原稿２を
透過する。この透過光は、ミラー５で反射され、レンズ
13を介して、ＣＣＤ15に結像する。結像した画像は画像
データに光電変換される。ＣＣＤ15によって光電変換さ
れた画像データは、画像データ合成メモリ８に記憶され
る。

【００２２】その後、制御部53は、ピエゾ素子55、56に
与える電圧を変化させる。するとピエゾ素子55、56が伸
縮し、ミラー５は固定ベアリング部58を支点として微駆
動される。これにより原稿２の読取り位置が、ＣＣＤ15
の受光素子17の配列ピッチＰの半分だけＹ方向に移動
し、その位置での画像がＣＣＤ15に結像する。結像した
画像は画像データに光電変換され、画像データ合成メモ
リ８に記憶される。

【００２３】その後、ピエゾ素子55、56を伸縮させ、元
の位置に戻しつつ、今度は、原稿２の読取り位置を、受
光素子17の配列ピッチＰの半分だけＸ方向に移動させ、
その位置での画像を光電変換し、画像データ合成メモリ
８に記憶させる。さらに、その状態から、原稿２の読取
り位置を受光素子17の配列ピッチＰの半分だけＹ方向に
移動させ、その位置での画像を光電変換し、画像データ
合成メモリ８に記憶させる。

【００２４】このように、合計４回読取った画像データ
を画像データ合成メモリ８から読み出してきて、合成す
る。なお、各々の状態での読取り状態を図５に示す。同
図Ａはピエゾ素子55、56が全く変位しない状態、同図Ｂ
は読取り位置がＹ方向にのみ配列ピッチＰの半分だけ移
動した状態、同図Ｃは読取り位置がＸ方向にのみ配列ピ
ッチＰの半分だけ移動した状態、同図Ｄは読取り位置が
Ｘ方向およびＹ方向に配列ピッチＰの半分だけ移動させ
た状態を示す図である。

【００２５】このように、合計４回読取った画像データ
を画像データ合成メモリ８から読み出してきて、合成す
ることにより、同図Ｅに示すようなデータを得ることが
できる。図５Ｅ中の数字は何回目に読取ったかを示して
いる。これを同図Ａと比較すると、Ｘ方向およびＹ方向
とも２倍の細かさで読取れたこととなる。なお、一方向
だけの変倍の場合は、Ｘ方向またはＹ方向だけの変位で
よい。

【００２６】このようにして読取った画像データを合成
した受光素子出力の一例を、図４に示す。同図Ａのよう
な状態で原稿画像21を読取った場合、受光素子17a、17
b、17cについて考えてみる。同図Ｂに示すように、受光
素子17a、17cの受光素子出力は０、受光素子17bの受光
素子出力はa1となる。次に配列ピッチＰの半分だけ読取
り位置を移動した場合、同図Ｃに示すような状態で原稿
画像21が読取られる。この場合、同図Ｄに示すように、
受光素子17a、17bの受光素子出力はa1、受光素子17cの
受光素子出力は0となる。そして、同図Ｄの出力をＸ方
向にＰ／２シフトさせて、同図Ｂの出力と合成すること
により、同図Ｅの合成データを得る。

【００２７】次に、ピエゾ素子55、56の変位量と、原稿
２の読取り位置の移動量の関係を説明する。図２Ａに、
ピエゾ素子55、56が全く変位しない状態での原稿２、ミ
ラー５、およびＣＣＤ15との関係を示す。原稿２の読取
り点P₀の画像は、ミラー５に入射角θ₁で入射する。入
射した光は、ミラー５の反射点P_m1で出射角θ₁で反射さ
れ、ＣＣＤ15の結像点P_Cに結像される。つぎに、同図Ｂ
に示すように、制御部53によってピエゾ素子56を縮ま
せ、ミラー５を変位量ｄ_Pだけ微駆動させる。これによ
り読取り位置は読取り点P₀から、読取り点P₁に移動す
る。なお、反射点P_m1と反射点P_m2は、変位量ｄ_Pが０に
近いことから、ほぼ等しくなる。

【００２８】ここで、読取り位置の移動量ｄ₀と変位量
ｄ_Pとの関係を図３Ａ，図３Ｂを用いて説明する。

【００２９】同図Ａから、変位量ｄ_P、角度α、距離ｍ
（反射点P_m2とピエゾ素子56との距離）の関係は、 α＝sin^-1（ｄ_P／m）・・・（１）で与えられる。

【００３０】また、同図Ｂから、角度αと角度βの関係
は β＝θ_ｐ＋α−θ₂・・・(2) で与えられる。

【００３１】ここで、反射点P_m1と反射点P_m2はほぼ等し
いことから θ₁＝θ₂ ・・・・・(3) となる。

【００３２】さらに、入射角と出射角は等しいから、 θ_p＝θ₁＋α・・・(4) となる。

【００３３】(3)(4)から θ_p＝θ₂＋α・・・(5) (5)を(2)に代入すると、 β＝（θ₂＋α）＋α−θ₂ ＝２α・・・・・・(6) となる。

【００３４】ここで、変位量ｄ₀、角度β、距離ｒ（反
射点P_m2と原稿２の読取り点Ｐ１との距離）の関係はｄ₀＝ｒ・sinβ・・・(7) となる。

【００３５】(1)(6)を(7)に代入すると d₀＝ｒ・sin｛2・sin^-1（ｄ_P／m）｝・・・(8) となる。

【００３６】ここで、αおよびβは、０°に近いため
（微駆動であるから） sinα＝α・・・（9） sinβ＝β・・・(10) となる。

【００３７】(9)(10)から(8)は、 d₀＝2ｒ・d_p／m・・・(11) となり、これを変形させると、 d_p＝m・d₀／2ｒ・・・(12) となる。

【００３８】ここで、d₀はピッチPの1/2であり、また、
ＣＣＤ15と光学系倍率を合わせた読取りスペックから、
受光素子17のピッチＰは判明する。このようにして、ピ
エゾ素子55、56の変位量d_pが判明する。

【００３９】つぎに、２点ミラー駆動型において、Ｘ方
向およびＹ方向に微駆動させる場合のピエゾ素子55,56
の制御について、図７を用いて説明する。同図Ａ、Ｂ
は、Ｘ方向における変位量d_pxを示す図である。同図
Ｃ、Ｄは、Ｙ方向における変位量dp_yを示す図である。
同図Ｃからわかるように、ピエゾ素子55と固定ベアリン
グ部58の距離my₁と、ピエゾ素子56と固定ベアリング部5
8の距離my₂は、等しくなるよう、固定ベアリング部58が
設けられている。

【００４０】Ｘ方向に微駆動させる場合には、同図Ｂに
示すように、ピエゾ素子55,56を両方とも同量伸ばせば
よい。Ｙ方向に微駆動させる場合には、同図Ｄに示すよ
うに、ピエゾ素子55を伸ばしておいて、ピエゾ素子56に
ついてはピエゾ素子55を伸ばした分だけ縮ませればよ
い。Ｘ方向およびＹ方向に微駆動させる場合には、両者
を組合わせればよく、Ｘ方向と逆方向に微駆動させる場
合には、上記と逆方向にピエゾ素子55,56を制御すれば
よい（Ｙ方向の逆方向も同様）。

【００４１】なお、２点ミラー駆動型ではなく、図６Ｂ
に示すように、４つのピエゾ素子61〜64を用い、４点ミ
ラー駆動型としてもよい。４点ミラー駆動型において
は、Ｙ方向に微駆動させる場合には、ピエゾ素子61,64
を固定しておいて、ピエゾ素子62,63を伸縮させればよ
い（ピエゾ素子62,63を固定しておいて、ピエゾ素子61,
64を伸縮させてもよい）。

【００４２】Ｘ方向に微駆動させる場合には、ピエゾ素
子61,62を固定しておいて、ピエゾ素子63,64を伸縮させ
ればよい（ピエゾ素子63,64を固定しておいて、ピエゾ
素子61,62を伸縮させてもよい）。Ｘ方向およびＹ方向
に微駆動させる場合には、両者を組合わせればよい。

【００４３】なお、Ｘ方向に微駆動させる場合に２点ミ
ラー駆動型と同様、ピエゾ素子61,62を伸ばしておい
て、ピエゾ素子63,64についてはピエゾ素子61,62を伸ば
した分だけ、縮ませるようにしてもよい。また、Ｙ方向
に微駆動させる場合には、ピエゾ素子62,63を伸ばして
おいて、ピエゾ素子61,64についてはピエゾ素子62,63を
伸ばした分だけ縮ませるようにしてもよい。Ｘ方向およ
びＹ方向に微駆動させる場合には、両者を組合わせれば
よく、Ｘ方向と逆方向に微駆動させる場合には、上記と
逆方向にピエゾ素子61,62，およびピエゾ素子63,64を制
御すればよい（Ｙ方向の逆方向も同様）。

【００４４】なお２点ミラー駆動型は、４点ミラー駆動
型に比べて、制御対象が減るので、制御が容易となると
ともに製造工程におけるコストダウンが可能となる。

【００４５】このように、画像読取装置51においては、
ピエゾ素子55、56を制御部53により伸縮させることによ
り、ミラー５をＸ方向およびＹ方向に微駆動させ、原稿
２の読取り位置を移動させるようにしている。これに対
して、駆動手段を用いてＣＣＤ自体を微駆動させ、原稿
２の読取り位置を移動させる方法も考えられる。しか
し、ＳＮ比を向上させるために、ＣＣＤにアンプ、ＡＤ
変換器等が隣接して配置されている。したがって、ＣＣ
Ｄ自体をミクロン単位で正確に微駆動させるのは困難で
ある。

【００４６】このように、画像読取装置51においては、
高価なズームレンズを用いずに固定倍率のレンズとＣＣ
Ｄによって、より細かく原稿２の画像を読取ることがで
きる。なお、本実施例においては、元の原稿２の画像
を、読取り位置をずらせて４回読取ることにより、２倍
に変倍するようにしている。しかし、２倍に限られるこ
となく、整数倍であれば何倍にでも変倍することができ
る。すなわちＮ倍（Ｎは整数）にするのであれば、配列
ピッチＰの１／Ｎずつ読取り位置をずらしてＮ²回読取
ればよく、たとえば、３倍にするのであれば配列ピッチ
Ｐの１／３ずつ読取り位置をずらして９回読取ればよ
い。

【００４７】また、このデータを画像処理部10におい
て、電気的変倍方法である平均化処理や補間処理を行な
うことにより、整数以外の変倍の画像データを得ること
もできる。その際、たとえば、1.8倍にするのであれば
一旦２倍に変倍してから（細かく読取ってから）、電気
的変倍を行えば、ＭＴＦもほとんど低下しない。

【００４８】なお、本実施例においては、透過原稿を読
取る画像読取装置を用いて説明したが、本発明を反射原
稿を読取る画像読取装置に用いてもよい。

【００４９】

【発明の効果】この発明においては、圧電素子部による
反射手段の微駆動によって、受光素子の配列ピッチの整
数分の１だけ、読取り位置が二次元的に移動したことに
なるため、それぞれの読取り位置で画像入力を行うこと
ができる。これにより、ＭＴＦのよい画像が得られる。
また、ズームレンズも不要であるため、全体としてコン
パクトかつ安価な画像読取装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である画像読取装置51を示
す全体構成図である。

【図２】ミラー５を微駆動させた場合の、読取り位置の
移動量ｄ₀を示す図である。

【図３】読取り位置の移動量ｄ₀と変位量ｄ_Pとの関係を
示す図である。

【図４】受光素子17の配列ピッチＰの半分だけ読取り位
置を移動させて読取ること、読取った画像データを合成
することを示す図である。

【図５】配列ピッチＰの半分ずつ読取り位置を移動さ
せ、画像データを４回読取った状態を示す図である。

【図６】ミラー５に設けるピエゾ素子の配置を示す図で
ある。

【図７】２点ミラー駆動型において、Ｘ方向およびＹ方
向に微駆動させる場合のピエゾ素子55,56の変位量d_px，
d_pyを示す図である。

【図８】従来の画像読取装置20,30を示す全体構成図で
ある。

【図９】電気的変倍方法において、受光素子出力と変倍
後の出力とを示す図である。

【図１０】ＣＣＤ15の詳細を示す図である。

【符号の説明】

３・・・光源４・・・原稿台５・・・ミラー 15・・・ＣＣＤ 53・・・制御部 55・・・ピエゾ素子 56・・・ピエゾ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 1/393 4226−5Ｃ 5/335 Ｖ (72)発明者板野義春京都府京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原稿を保持する原稿保持手段、原稿に光を照射する照明手段、原稿で反射された反射光または原稿を透過した透過光を
反射させる反射手段、二次元配列された受光素子から構成されており、反射手
段で反射された光を光電変換して画像信号を得る読取り
手段、を備えた画像読取装置において、反射手段に設けられており、反射手段を微駆動させる圧
電素子部、受光素子の配列ピッチの整数分の１だけ、読取り位置を
二次元的に移動させるよう圧電素子部を制御する制御手
段、を備えたことを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】請求項１の画像読取装置において、読取り位置を移動させて得た複数の画像信号を合成する
演算手段を備えたことを特徴とする画像読取装置。