JPH09247388A

JPH09247388A - 画像読取装置

Info

Publication number: JPH09247388A
Application number: JP8052748A
Authority: JP
Inventors: Yoshiya Imoto; 善弥伊本
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】原稿画像を斜め方向から読み取る際の不都合
（ピンボケ，画像歪み）を、画質を劣化させることなく
解消できる画像読取装置を提供する。【解決手段】原稿面に記録された画像を斜め方向から
光学的に読み取る画像読取装置において、原稿面で反射
した光を結像させる結像レンズ系４と、この結像レンズ
系４によって結像された光を主走査方向に読み取るＣＣ
Ｄセンサ５と、このＣＣＤセンサ５と原稿面とを副走査
方向に相対的に走査させる走査機構８と、この走査機構
８による走査に同期して結像レンズ系４の焦点距離を変
更する焦点距離変更手段（６，７，１２〜１９）とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原稿上の画像を光
学的に読み取る画像読取装置に関し、特に、原稿を斜め
方向から読み取る際に用いて好適な画像読取装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】画像読取装置の代表的なものとして、透
明ガラスからなる原稿台の上に原稿を載せ、原稿台の下
方に組み込んだ露光ランプ、ミラー、結像レンズ、セン
サ等からなる光学走査系によって原稿画像を読み取る方
式があり、これはフラッドベッド型と呼ばれている。と
ころが、この方式では、原稿サイズ以上の装置設置面積
が必要になることから、オフィスのデスク上に常時置い
ておくには大き過ぎてデスクワークの邪魔になるという
不都合があった。一方、カメラの撮影台の形式で、原稿
の画像を真上から読み取る方式も提案されているが、こ
の方式では原稿セット位置の真上に読取部を配置する必
要があるため、読取部を支持するアーム機構まで考慮す
ると、装置全体が非常に大掛かりなものとなってしま
う。

【０００３】このように画像読取装置の設置スペースの
問題から、マルチメディア化によって様々な画像情報が
パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略称）等で
手軽に扱えるようになったにもかかわらず、画像読取装
置をパソコンオペレータのデスク上にコンパクトに設置
し得る環境になっていない。これに対して、ワークステ
ーションやパソコンをテレビ電話のように使用するた
め、パソコン等のＣＲＴ（陰極線管）の上にモニタカメ
ラを設置し、オペレータを撮影する方式も知られてお
り、この方式を利用して、デスク上に置かれた原稿を撮
影する提案もなされている。例えば、特開平７−１４０
３７３号公報（以下、従来公報という）では、ＣＲＴ上
に２次元ＣＣＤセンサを内蔵したカメラを設置し、デス
ク上に置かれた原稿を斜め上方から撮影する方式が開示
され、これによって画像読取装置の設置スペースの問題
を解消している。ところが、このように原稿を斜めから
撮影する方式では、カメラの撮像光学系の光軸と被写体
である原稿面とが垂直にならないので、原稿両端での焦
点距離のズレによってフォーカス状態が変わり、いわゆ
るビンボケが発生する。また、遠近法の関係で、例えば
長方形の原稿が台形に写ってしまうなどの画像歪みも発
生する。そこで、上記従来公報では、ピンボケの問題に
対しては、カメラ光軸に対し傾いた原稿面の像が結像さ
れる結像面を２次元センサ面と一致するように、センサ
面の傾きを補正することで対処している。さらに、画像
歪みの問題に対しては、見掛け上の原稿幅が同一になる
よう、画像読取後に解像度変換処理を行って対処してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、解像度
変換処理の場合は、隣接画素のデータの内分比によっ
て、その隣接画素間に新たな画素データを作り出すこと
になるため、実質的にはボカシ処理となる。一例とし
て、４００ｓｐｉの解像度で画像データを変換出力する
場合を考えてみる。このとき、処理前の画像データをｘ
〔ｉ〕、処理後の画像データをｘ’〔ｉ〕として、解像
度を１．１倍に高くする場合は、以下のような数式に従
って解像度変換処理が行われる。ｘ’

〔０〕＝ｘ

〔０〕ｘ’〔１〕＝ｘ

〔０〕×（１／１１）＋ｘ〔１〕×（１０／１１）・・ｘ’〔ｉ〕＝ｘ〔ｉ−１〕×（ｉ／１１）＋ｘ〔ｉ〕×｛（１１−ｉ）／１１｝・・ｘ’〔１０〕＝ｘ

〔９〕×（１０／１１）＋ｘ〔１０〕×｛１／１１｝ｘ’〔１１〕＝ｘ〔１０〕・・

【０００５】ここで、実際に読取解像度を１０パーセン
トずつ変えて、５１本／ｍｍの空間周波数の原稿画像を
読み取り、これをデジタル的な解像度変換処理を行って
４００ｓｐｉに変換した場合の読取画像データを図１８
に示す。図１８において、（ａ）は３６０ｓｐｉの読取
解像度で原稿画像を読み取ったのち、４００ｓｐｉに解
像度変換して出力された画像データ、（ｂ）は４００ｓ
ｐｉの読取解像度で原稿画像を読み取り、そのまま解像
度変換せずに出力された画像データ、（ｃ）は４４０ｓ
ｐｉの読取解像度で原稿画像を読み取ったのち、４００
ｓｐｉに解像度変換して出力された画像データである。
この図１８の結果から、読取解像度が４００ｓｐｉより
高くても低くても、解像度変換処理によって読取画像の
モジュレーションが低下し、画質が劣化していることが
分かる。

【０００６】さらに従来公報においては、２次元センサ
を採用することを前提としているが、一般に２次元セン
サの解像度は、フラットベッド型の読取装置に採用され
る１次元センサの解像度に比べて低いものとなってい
る。また最近では、２次元センサでも１０００画素×１
０００画素程度の高解像度を有するものも実用化されて
いるが、これを採用すると装置コストが格段に高くなっ
てしまう。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その主たる目的は、原稿画像を斜め方向か
ら読み取る際の不都合（ピンボケ，画像歪み）を、画質
を劣化させることなく解消できる画像読取装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、原稿面に記録された画像
を斜め方向から光学的に読み取る画像読取装置におい
て、原稿面で反射した光を結像させる結像レンズ系と、
この結像レンズ系によって結像された光を主走査方向に
読み取る読取手段と、この読取手段と原稿面とを副走査
方向に相対的に走査させる副走査手段と、この副走査手
段による走査に同期して結像レンズ系の焦点距離を変更
する焦点距離変更手段とを備えた構成を採用している。

【０００９】上記構成からなる画像読取装置では、原稿
面に記録された画像を副走査手段によって副走査方向に
走査しつつ読取手段で読み取る際に、副走査手段による
走査に同期したかたちで結像レンズ系の焦点距離が焦点
距離変更手段により変更される。これにより、副走査方
向での原稿読取位置に応じて結像レンズ系での結像倍率
が連続的に変化するようになるため、読取手段側では原
稿画像を一定の結像倍率をもって読み取ることが可能と
なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係わる画
像読取装置の一実施形態を示す概略構成図であり、図２
はその画像読取装置の設置状態を示す側面概略図であ
る。図示した画像読取装置の構成においては、ベースプ
レート１上に所定の間隔をあけて一対の支持アーム２が
取り付けられている。また、これら支持アーム２の先端
部には、装置本体となる球形筐体３が回動自在に支持さ
れている。この球形筐体３の内部には、装置構成上の主
要部として、原稿面で反射した光を結像させる結像レン
ズ系４と、この結像レンズ系４によって結像された光を
主走査方向に読み取るラインセンサ等の１次元ＣＣＤイ
メージセンサ（以下、単にＣＣＤセンサという）５と、
結像レンズ系４のピント調整を行うためのオートフォー
カス用モータ（以下、ＡＦ用モータという）６と、結像
レンズ系４の倍率調整を行うためのズーム用モータ７
と、原稿面とＣＣＤセンサ５とを副走査方向に相対的に
走査させるべく、図２の矢印方向に球形筐体３を回転走
査させる走査機構８と、結像レンズ系４の光軸に対して
ＣＣＤセンサ５のセンサ面の傾きを調整する傾き調整機
構９とが組み込まれている。

【００１１】このうち、結像レンズ系４は、図３にも示
すように、凸レンズを構成する第１レンズ群１０と、凹
レンズを構成する第２レンズ群１１とから成るもので、
これらのレンズ群１０，１１は大小異なる円筒形のケー
スガイド部１２，１３に収められている。また、焦点距
離可変手段のメカ構成として、各ケースガイド部１２，
１３には、その軸方向に沿って所定幅のスリット１４，
１５が形成されており、これらのスリット１４，１５に
レンズ移動用のアーム１６，１７が摺動自在に係合され
ている。このうち、一方のアーム１６は第１レンズ群１
０に連結され、もう一方のアーム１７は第２レンズ群１
１に連結されている。また、第１レンズ群１０側のアー
ム１６には、上記ＡＦ用モータ６の出力軸となるスクリ
ューシャフト１８が螺合され、また第２レンズ群１１側
のアーム１７には、上記ズーム用モータ７の出力軸とな
るスクリューシャフト１９が螺合されている。

【００１２】この焦点距離可変手段のメカ構成において
は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ＡＦ用モータ６
を駆動すると、スクリューシャフト１８の回転によって
アーム１６がスリット１４に沿って摺動し、これと一体
に第１レンズ群１０が光軸方向に前後移動する。また、
ズーム用モータ７を駆動すると、スクリューシャフト１
９の回転によってアーム１７がスリット１５に沿って摺
動し、これと一体に第２レンズ群１１が光軸方向に前後
移動する。ここで、結像レンズ系４でのピント調整とズ
ーム倍率調整は、上記二つのレンズ系の相対的な位置関
係によって決まるものであるが、ここでは各レンズ系の
調整による効果の度合いから、便宜的に、第１レンズ群
１０を移動させるための駆動源をＡＦ用モータ６と呼
び、第２レンズ群１１を移動させるための駆動源をズー
ム用モータ７と呼んでいる。

【００１３】一方、走査機構８の構成においては、支持
アーム２の先端部分に円板型のベースギヤ２０が固定さ
れている。このベースギヤ２０の側面周縁部には図示せ
ぬ歯が形成されており、その歯にウォームギア２１が噛
み合っている。また、ウォームギア２１はシャフト２２
を介してウォームホイール２３に連結されている。これ
に対して、球形筐体３の回転駆動源となる走査用モータ
２４の出力軸にはウォームギヤ２５が取り付けられてお
り、このウォームギヤ２５に上記ウォームホイール２３
が噛み合っている。

【００１４】上記構成からなる走査機構８では、走査用
モータ２４を駆動すると、ウォームギヤ２５とウォーム
ホイール２３との噛み合いによってシャフト２２が回転
する。そうすると、シャフト２２と一体にウォームギヤ
２１も回転するため、このウォームギヤ２１の回転方向
および回転量（回転速度）に従って、図２に示すように
球形筐体３が回転する。この球形筐体３の回転により、
結像レンズ系４の光軸上に位置するＣＣＤセンサ５の画
像読取ラインを、原稿面に対して副走査方向に走査させ
ることが可能となる。

【００１５】さらに、傾き調整機構９の構成において
は、ＣＣＤセンサ５が結像レンズ系４の光軸上に位置し
てセンサ基板２６に実装されている。このセンサ基板２
６の両端は、ＣＣＤセンサ５の画素配列方向（主走査方
向）の軸（不図示）を中心に回転自在に支持され、その
回転軸が球形筐体３に固定されている。また、センサ基
板２６の一端側には、該センサ基板２６に対して回転規
制されたプーリ２７が取り付けられている。これに対し
て、支持アーム２先端の球形筐体３の回転軸部分には、
その支持アーム２に対して回転規制されたプーリ２８が
同軸状態で取り付けられている。これら二つのプーリ２
７，２８は、互いのプーリ径が等しく設定されており、
そのプーリ２７，２８間にベルト２９が架け渡されてい
る。

【００１６】図４は本発明に係わる画像読取装置の制御
系の機能ブロック図である。図４において、画像読取装
置は、パソコン等のホストコンピュータとの間で、互い
のインターフェース回路（Ｉ／Ｆ回路）３０，３１を介
して通信可能となっている。ホストコンピュータのメモ
リには、画像読取装置の動作を制御するための制御プロ
グラム３２が格納されており、そのプログラム内容をホ
スト側のＣＰＵが読み取って、制御コマンドを画像読取
装置側のＣＰＵ３３に送り、このコマンドに基づいてＣ
ＰＵ３３が走査モータ制御回路３４、ズームモータ制御
回路３５およびＡＦ用モータ制御回路３６に制御信号を
与える構成になっている。また、ＣＣＤセンサ５から
は、実際に読み取った原稿の画像信号（アナログ信号）
が出力され、この出力された画像信号がビデオ回路３７
に送られて、デジタルビデオ信号に変換されるようにな
っている。

【００１７】ここで、上記構成からなる画像読取装置を
図２に示すようにパソコンのＣＲＴ３８上に設置し、上
記走査機構８の動作に伴う球形筐体３の回転により、デ
スク上に置かれた原稿３９の画像を読み取る場合、つま
り原稿３９を斜め上方から読み取る場合を考えると、結
像レンズ系４の光軸は原稿３９の両端でθ分の角度差を
生じることになる。具体例として、図５に示すように、
球形筐体３の回転中心Ｐ１から原稿面３９ａと同一平面
に垂直に下ろした定点Ｐ２までの高さを６００ｍｍと
し、その定点Ｐ２を始点に図中左側１２０ｍｍ〜４２０
ｍｍの位置にＡ４サイズの原稿３９がセットされている
と仮定する。そうした場合、球形筐体３の回転中心Ｐ１
から原稿３９の読取位置までの距離は、原稿面３９ａに
対する結像レンズ系４の光軸の角度θに応じて６１２〜
７３２ｍｍの範囲で変化する。したがって、原稿３９を
斜め方向から読み取る場合は、上述した距離の変化によ
って画像読取装置でのピント状態と結像倍率とが変化す
ることになる。このうち、ピント状態については、１次
元センサを使用しているので、読取角度θに対応してＣ
ＣＤセンサ５へのピント状態を修正することで容易に対
処できるが、これだけでは結像倍率が大きく変化して従
来同様に画像歪みを生じてしまう。

【００１８】例えば、結像レンズ系の２主点間の距離を
０（ゼロ）と近似すると、原稿面と結像面との離間距離
（原稿面上の読取位置を物点とし、センサ側の結像面を
像点とした共役距離）ｔ１は次の（１）式のように表さ
れる。ｔ１＝（２＋β＋１／β）×ｆ …（１）ここで、βは結像倍率、ｆは結像レンズ系の焦点距離で
ある。この（１）式の関係から、結像レンズ系の焦点距
離ｆが決まると、原稿面と結像面の離間距離ｔ１によっ
てピントの合った状態の結像倍率βが変化してしまうこ
とが分かる。ＣＣＤセンサ５の読取画素の配列ピッチが
１０μｍで、原稿面３９ａの読取走査密度が１／１６ｍ
ｍである場合を考えると、本来の結像倍率は約１／６．
３となる。一方、図５において、球形筐体３の回転中心
Ｐ１から３０ｍｍの位置にＣＣＤセンサ５が組み込まれ
ている場合、原稿手前側でのθ＝３５．０deg の読取角
度ではｔ１＝７６２（７３２＋３０）ｍｍとなり、さら
に結像倍率を本来の１／６．３とすると、結像レンズ系
の焦点距離は上記（１）式からｆ＝９０．１ｍｍと算出
されるこれに対して、原稿奥側でのθ＝１１．３deg の
読取角度ではｔ１＝６４２（６１２＋３０）ｍｍとなる
ため、この原稿読取位置で焦点距離ｆ＝９０．１ｍｍの
結像レンズ系を使用して画像を読み取ると、結像倍率は
４．９となる。つまり、結像レンズ系の焦点距離を固定
すると、主走査方向の原稿走査密度（結像倍率）が原稿
３９の前後端で３０パーセントも変動してしまうことに
なる。

【００１９】そこで本出願人は、副走査方向での走査に
同期して結像レンズ系４の焦点距離を変更すべく、結像
レンズ系４を第１レンズ群１０と第２レンズ群１１とに
よって構成し、さらに各々のレンズ系の相対位置をＡＦ
用モータ６とズーム用モータ７によって可変し得る構成
を採用した。また、ＡＦ用モータ６とズーム用モータ７
には、回転制御が容易なステッピングモータを採用し
た。

【００２０】以下に、原稿面３９ａでの読取位置によら
ず、ＣＣＤセンサ５での結像倍率を一定にする原理を図
６に基づいて説明する。この図６においては、結像レン
ズ系４の構成上、第１レンズ群１０が焦点距離ｆ＝６５
ｍｍの凸レンズを構成し、第２レンズ群１１が焦点距離
ｆ＝−１００ｍｍの凹レンズを構成するものとして、そ
れぞれの原稿読取位置でのレンズ相対位置を示してい
る。また、一定にすべき結像倍率についてはβ＝１／
６．３としている。先ず、図６（ａ）に示すように、結
像面から原稿面までの距離が６１２ｍｍの場合は、結像
面から第２レンズ群１１の主点までの距離を３６．５ｍ
ｍとし、さらに第１レンズ群１０と第２レンズ群１１と
の主点間の距離を４７．４ｍｍに設定する。一方、図６
（ｂ）に示すように、結像面から原稿面までの距離が７
３２ｍｍの場合は、結像面から第２レンズ群１１の主点
までの距離を６８．５ｍｍとし、さらに第１レンズ群１
０と第２レンズ群１１との主点間の距離を３１．８ｍｍ
に設定する。これにより、結像面から原稿面までの距離
が変化する場合であっても、それぞれピントを合わせた
状態で、結像倍率を一定（β＝１／６．３）にすること
ができる。

【００２１】このように本実施形態の画像読取装置にお
いては、ＡＦ用モータ６およびズーム用モータ７を駆動
源としたレンズ駆動機構によって結像レンズ系４の焦点
距離を可変としているため、球形筐体３の回転による副
走査方向の読取走査に同期したかたちで、ＣＣＤセンサ
５の結像面から原稿読取位置までの距離に応じてＡＦ用
モータ６およびズーム用モータ７を駆動制御し、これに
よって結像レンズ系４のピント調整とズーム調整を行う
ことにより、原稿画像を斜め方向から読み取る場合で
も、最適なピント状態にて結像倍率を一定にすることが
できる。

【００２２】続いて、上記制御用ＣＰＵ３３による第１
レンズ群１０と第２レンズ群１１の位置設定処理につい
て図７および図８のフローチャートに従って説明する。
なお、以下に述べる位置設定処理は、画像読取装置をパ
ソコン等のＣＲＴ上に設置した段階で行われるもので、
原稿画像を読み取るごとに行う必要はない。また、ここ
ではラダー原稿等の基準原稿をデスク上の読取位置にセ
ットし、この基準原稿を用いて各レンズの位置設定処理
を行うものとする。

【００２３】先ず、図７のフローチャートにおいて、オ
ペレータにより走査データ取得モードが選択されると
（ステップ：Ｓ１）、ホストコンピュータ側から読み取
った制御プログラムに従って１０通りの読取角度θi
（i ＝１〜１０）を設定し、それぞれの読取角度θi に
おいて、所望の結像倍率、例えば１／６．３で最適ピン
トに設定するための、第１レンズ群１０の位置ＡＦi お
よび第２レンズ群１１の位置ＺＭi と、読取装置と原稿
間の距離ｚi を測定する（Ｓ２）。

【００２４】ここで、上記ステップＳ２の処理内容を図
８のフローチャートを用いてさらに詳しく説明する。先
ず、ステップＳ２の処理では、走査用モータ２４の駆動
により球形筐体３を回転させて、読取装置側の読取角度
をθｉに設定する（Ｓ２１）。次に、ズーム用モータ７
の駆動により第２レンズ群１１を移動させて、予め設定
された標準位置に第２レンズ群１１を配置する（Ｓ２
２）。続いて、ＡＦ用モータ６の駆動により第１レンズ
群１０の位置を調整しつつ、ＣＣＤセンサ５から得られ
るセンサ出力のモジュレーションから最適ピント位置を
探す（Ｓ２３）。具体的には、ＡＦ用モータ６の駆動に
より第１レンズ群１０の位置を設定したら、ラダー原稿
の１ライン分の読取データをＣＣＤセンサ５により取り
込み、これをホストコンピュータ側のＣＰＵに送信し
て、そのモジュレーションの大きさを求める。そして、
これを第１レンズ群１０の位置設定ごとに繰り返し、最
もモジュレーションの大きいところを第１レンズ群１０
の最適ピント位置とする。

【００２５】ここで、ホストコンピュータ側では、第２
レンズ群１１を標準位置に設定した場合の、第１レンズ
群１０の最適ピント位置と、読取装置−原稿間の距離
（ｚ）との相関データを制御プログラム内のテーブルＡ
に持っている。したがって、次のステップＳ２４では、
先に求めた第１レンズ群１０の最適ピント位置に対応し
た距離情報をテーブルＡから呼び出すことで、それぞれ
の読取角度θi に対応した読取装置−原稿間の距離ｚi
を求める。続いて、上述のごとく求めた距離情報ｚi に
対応したレンズ位置情報を、制御プログラム内のテーブ
ルＢおよびテーブルＣから呼び出し、これによって結像
倍率が一定（この場合は１／６．３）となるように第１
レンズ群１０および第２レンズ群１１の位置を設定する
（Ｓ２５）。ここで、制御プログラム内のテーブルＢに
は、所望の結像倍率１／６．３で結像させるための第１
レンズ群１０の位置データが距離ｚi に対応して格納さ
れ、またテーブルＣには、所望の結像倍率１／６．３で
結像させるための第２レンズ群１１の位置データが距離
ｚi に対応して格納されている。ただし、テーブルＢお
よびテーブルＣの位置データは、予め理論的に求められ
たデータであるため、それぞれの位置データに基づいて
第１，第２レンズ群１０，１１の位置を設定しても、厳
密には上記距離ｚi を求める際の誤差等によって最適ピ
ント状態にはならない。

【００２６】そこで本実施形態では、制御プログラム内
のテーブルＤに、結像倍率（β＝１／６．３）を変えず
に、ピント状態を微小変更するための各レンズ群の移動
距離の比が格納されている。例えば、第１レンズ群１０
を０．２ｍｍ移動したときに、結像倍率を不変とする第
２レンズ群１１の移動距離が０．３ｍｍであった場合、
テーブルＤは、結像倍率を一定に保つための各レンズ群
の移動距離の比として１．５の値を持つことになる。

【００２７】このようなデータをもつテーブルＤに基づ
き、ステップＳ２６では、結像倍率を一定に保つ距離の
比をもって第１，第２レンズ群１０，１１を移動しつ
つ、距離ｚi に対応する第１，第２レンズ群１０，１１
の最適ピント位置を探す。さらにステップＳ２７では、
上記同様にテーブルＤに基づく移動距離の比をもって第
１，第２レンズ群１０，１１を移動しつつ、読取角度θ
に対応する第１，第２レンズ群１０，１１の最適ピント
位置を探す。そして、これにより求めた第１，第２レン
ズ群１０，１１の設定位置を、ＡＦi 、ＺＭi としてメ
モリ等に記憶する（Ｓ２８）。

【００２８】ちなみに、ここで求めた第１，第２レンズ
群１０，１１の設定位置：ＡＦi 、ＺＭi については、
予め規定したレンズ原点位置を基点に、ＡＦ用モータ６
およびズーム用モータ７を駆動するパルス数に対応した
レンズ移動距離により決定している。また、上述したレ
ンズ原点位置の規定方式としては、レンズを支持する支
持アーム１６，１７（図１参照）の位置を図示せぬセン
サにより検知することで規定したり、あるいは各レンズ
群１０，１１をいずれか一方の端まで移動させたところ
で規定するなど、種々の手段が考えられる。なお、上記
実施形態においては、ピント状態のみを検知して、レン
ズの位置設定の関係式を求めるようにしたが、他の実施
形態として、例えば基準チャートに倍率測定が可能な原
稿（記録線ピッチが既知の原稿等）を用いるようにすれ
ば、ピント状態と結像倍率の両方を実測することも可能
である。

【００２９】このようにステップＳ２において、読取角
度θi ( i =1〜10) に対応した距離ｚi ，第１レンズ群
１０の位置データＡＦ i，第２レンズ群１１の位置デー
タＺＭi を求めたら、これらのデータを基にして、例え
ば２乗回帰の近似法則により、読取角度θと、第１レン
ズ群位置ＡＦおよび第２レンズ群位置ＺＭとの関係式、
すなわちｚ＝ｆ1 （θ）、ＡＦ＝ｆ2 （θ）、ＺＭ＝ｆ
3 （θ）の多項式を求める（Ｓ３）。そして最後に、ｚ
＝ｆ1 （θ）の式から、球形筐体３の回転中心を原点と
した副走査方向の回転走査速度Δθ／Δｔ＝ｆ4 （θ）
を求める（Ｓ４）。これにより、任意の読取角度θにお
ける第１，第２レンズ群１０，１１の設定位置が求まる
ため、それぞれの読取角度θ（走査用モータ２４による
球形筐体３の回転角度）に対応したレンズ位置情報に基
づいてＡＦ用モータ６およびズーム用モータ７を駆動制
御することにより、ＣＣＤセンサ５での結像倍率を変え
ることなく、原稿画像を最適ピント状態で読み取ること
が可能となる。

【００３０】ところで、原稿画像を歪みなく読み取るた
めには、原稿面上での副走査方向の走査速度を一定に制
御する必要があるが、上述した回転走査速度、つまり画
像読取時における球形筐体３の回転速度を一定にした場
合は、たとえ原稿面が平面であったとしても、原稿の前
後端での走査速度に差が生じ、副走査方向での読取走査
密度が変化してしまう。そこで、こうした不具合への対
応として、上記ステップＳ４における回転走査速度の求
め方について以下に詳しく述べる。

【００３１】先ず、図９に示すように、球形筐体３の回
転中心Ｐ１を原点として、直交座標ｙ，ｈと極座標ｚ，
θを設定する。この設定条件では、ｈ＝ｚ・ｃｏｓθ、
ｙ＝ｚ・ｓｉｎθとなる。ここで原稿面３９ａを一般的
な曲面（例えば、厚手の本を開いた状態）と考えると、
原稿面３９ａに沿った微小な走査距離Δｓは、以下の
（２）式で表される。 Δｓ＝（Δｈ²＋Δｙ²）^1/2 … （２）この（２）式に以下の（３−１）（３−２）を代入する
と、原稿面上での走査距離Δｓは（４−１）（４−２）
式のように表される。 Δｈ＝Δｚ・ｃｏｓθ−ｚ・ｓｉｎθ・Δθ … （３−１） Δｙ＝Δｚ・ｓｉｎθ＋ｚ・ｃｏｓθ・Δθ … （３−２） Δｓ＝（Δｚ²＋ｚ²・Δθ²）^1/2 … （４−１）＝｛（Δｚ／Δθ）²＋ｚ²｝^1/2・Δθ … （４−２）

【００３２】上記（４−１）（４−２）式において、原
稿面上の走査速度を例えば１００ｍｍ／ｓｅｃで一定に
しようとした場合は、Δｓ／Δｔ＝１００ｍｍ／ｓｅｃ
とする必要がある。そうした場合、ステップＳ４では、
Δθ／Δｔ＝｛（Δｚ／Δθ）²＋ｚ²｝^-1/2・１００
（ｍｍ／ｓｅｃ）となるように、ｚ＝ｆ1 （θ）の式か
ら、読取角度θによる回転走査速度の式：Δθ／Δｔ＝
ｆ4 （θ）を求めるようにしている。

【００３３】ちなみに、上述した関係式は、原稿面が平
面でｚ＝ｆ1 （θ）＝ｈ0 ／ｃｏｓθで表せる場合は、
曲面の場合に比べて解析的に簡単に求まり、Δｚ／Δθ
＝ｈ0 ｔａｎθ／ｃｏｓθを代入して、Δθ／Δｔ＝
（ｃｏｓ²θ／ｈ0 ）・１００（ｍｍ／ｓｅｃ）とな
る。ただし、原稿面が平面であっても、パソコン等のＣ
ＲＴ上に必ずしも画像読取装置が水平に設置されるとは
限らないので、上記Δθ／Δｔについては、測定データ
から求めた方が好適である。

【００３４】このように原稿面上での走査速度が一定と
なるように、読取角度θによる回転走査速度（副走査方
向の走査速度）Δθ／Δｔを設定し、その設定データを
基に走査用モータ２４を駆動制御しつつ、それぞれの読
取角度θに応じてＡＦ用モータ６およびズーム用モータ
７を駆動制御することにより、副走査方向の読取走査密
度を一定としたうえで、結像倍率を変えずに最適ピント
状態で原稿画像を読み取ることが可能となる。

【００３５】ところで従来のフラットベッド型の画像読
取装置では、原稿照明用のランプを装置内に内蔵させる
ことで、理想的な照明光を得るようにしているが、本実
施形態のごとく原稿を斜め方向から読み取る形式の画像
読取装置では、オフィス等の環境照明ををそのまま流用
することになる。しかし、オフィスで使用されている蛍
光ランプは、商用交流周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）で
点灯させているため、その２倍の周期（５０Ｈｚの場合
は１００Ｈｚ）で照明光量が大きく変動する、いわゆる
フリッカが発生する。こうした照明光の下で実際に原稿
画像を読み取ると、フリッカに起因する読取画像の濃度
ムラが生じるなど、読取画像に与える影響が問題とな
る。

【００３６】そこで２次元センサを内蔵したビデオカメ
ラの場合には、上述のフリッカ対策として、２次元セン
サの露光周波数をフリッカの周波数に同期させる手段が
講じられている。ところが、こうした方式を１次元セン
サを用いた画像読取装置に適用すると、以下のような不
具合が発生する。例えば、Ａ４サイズの原稿をその長手
方向に４００ｓｐｉの解像度で読み取る場合、フリッカ
周波数の１００Ｈｚに同期して１次元センサの露光周波
数を設定すると、１枚のＡ４原稿を読み終えるまでに約
４８秒もかかってしまう。この所要時間は、コンピュー
タネットワークを使用した遠隔会議等を想定すると、会
議中に画像読取装置を用いて原稿データの送受信を行う
場合、原稿画像を読み取っている間の待ち時間が煩わし
いものとなり、会議そのものに支障を来す虞れがある。

【００３７】この対策として本実施形態では、タイムデ
ィレイ・インテグレーション（timedelay ＆ integrat
ion：ＴＤＩ）タイプのラインセンサをＣＣＤセンサ５
に採用している。このＴＤＩタイプのラインセンサは、
複数（一般的には１０〜２０ライン程度）の読取画素列
をもつもので、その構造原理を図１０を用いて概略説明
する。図１０においては、複数ラインからなる読取画素
列１〜４に対応して、それぞれシフトゲート１〜４が設
けられている。また、最端のシフトゲート１に隣接して
読出転送電極（主走査方向転送電極）が設けられてい
る。このＴＤＩセンサ構成では、センサ上を原稿像が走
査移動されるのに同期して、各ラインの読取信号電荷を
副走査方向に順次転送し、これをライン数だけ繰り返す
ことにより、１回の露光動作で複数ライン分の読取信号
電荷を読出転送電極から取り出すことができる。

【００３８】したがって、例えば１６ラインの読取画素
列をもつＴＤＩタイプのラインセンサを採用した場合
は、１読取ラインに対して、１６露光期間分の露光時間
が確保されることになる。そのため、１露光期間に対応
する露光周波数を１６００Ｈｚに設定したとしても、上
述のごとく１６期間分の露光時間が確保されて１００Ｈ
ｚ相当となるため、商用周波数５０Ｈｚのフリッカ周期
と同一になる。したがって、１ラインしか読取画素列を
もたないセンサとの比較では、フリッカによる読取濃度
ムラをキャンセルしつつ、原稿読取速度を１６倍に速め
ることができる。これにより、画像の読取所要時間が大
幅に短縮されるため、画像読取時における待ち時間の煩
わしさが解消され、インターネットワークを使用した遠
隔会議等では原稿データの送受信を円滑に行うことが可
能となる。

【００３９】ところで、上記ＴＤＩタイプのように複数
の読取画素列をもつラインセンサを採用した場合は、原
稿を斜め方向から読み取るにあたり、原稿面の傾きに起
因するセンサ面への結像歪みが問題となる。以下に、結
像歪みの原理につき、図１１および図１２を用いて説明
する。先ず、図１１に示すように、幾何光学の性質上、
原稿面３９ａから光軸（図中ｚ軸）に対して角度Φで前
側主平面に入射した光線は、後側主平面から同じ角度Φ
で出射され、ＣＣＤセンサ５のセンサ面に投射される。
この関係を立体的に示したのが図１２であり、この図１
２では原稿画像として、原稿中心から主走査方向（図中
ｘ軸方向：原稿面の回転軸））に長く、かつ副走査方向
（図中ｙ方向）にｘ軸から僅かにずれた直線像（矢印）
を想定している。この原稿画像の場合、原稿面３９ａが
傾いていない状態（図中破線で示す）では、像歪みを生
じることなくセンサ面上に結像される。ところが、原稿
面３９ａをθ分だけ傾けた状態（図中実線で示す）で
は、同じ向きのセンサ面に同じ大きさで結像される原稿
面上の直線像が、傾ける前の光軸に対してΨ分だけ傾い
た光線上に存在する。このセンサ面上の同じ大きさの像
に対応する原稿面上の直線像は、図１２に示すように、
原稿面３９ａに対してΔｚ分だけ前側に存在する。この
Δｚの大きさは、図１１に示すようにΔｚ＝Δｙ・ｔａ
ｎθで表される。この式から、原稿面３９ａ上の直線像
は、傾ける前の大きさに対して（ｚ−Δｚ）／ｚの割合
で小さいものが、センサ面に同じ大きさで投影されるこ
とになる。言い換えると、原稿面上の同じ大きさの画像
データは、ｚ／（ｚ−Δｚ）の割合で拡大されて投影さ
れ、その像のずれ分はΔｚ／ｚとなる。

【００４０】ここで、センサ面から原稿面までの距離を
ｚ＝６００ｍｍ、ｙ軸方向のずれ量をΔｙ＝１６×１０
^-3×６．３＝１ｍｍ、原稿面の傾き角度をθ＝３５ｄｅ
ｇとした場合、センサ面上での像ずれはΔｚ／ｚ＝０．
７／６００＝０．００１２となる。したがってＣＣＤセ
ンサ５の中心から主走査方向に１６００画素分だけ離れ
たところの画像データでは、１．９画素分の像ずれが発
生することになる。そのため、主走査方向ｘに直交する
方向で描かれた直線像の場合は、光軸に対して原稿面が
傾くことにより、図１３に示すように、センサの中心部
では傾きなく結像されるが、センサ周辺部では１．９画
素分だけ傾いて結像される。この直線像を、順次ズーム
をかけて中心部の結像倍率が同じになるように画像の読
み取りを行うと、ＴＤＩタイプのセンサ周辺部には常に
１６００画素目付近に１．９画素分だけ傾いた直線像が
投影されることになる。よって、直線像の幅が１画素分
に相当するとしても、副走査方向への読取位置の移動と
これに合わせたズーム調整によらず同じ位置に傾いて結
像されている直線像では、１６ラインの読取画素列をも
つＴＤＩタイプのセンサの露光動作によって、図１３に
示すように、隣接する複数画素にまたがったセンサ出力
信号として読み取られ、いわゆるボケた読取像となって
しまう。

【００４１】また、原稿面が光軸に対して傾くことで、
センサ面に結像される原稿画像は副走査方向に縮んでし
まうため、副走査方向の読取画素列間隔で同方向の読取
走査密度が固定されるＴＤＩタイプのセンサを採用した
場合は、原稿面で換算すると副走査方向の読取走査密度
が原稿読取角度によって変わってしまう。こうした不具
合は、読取画素列を一つしかもたないラインセンサで
は、先述のごとく読取角度に応じて回転走査速度を変更
することにより対応できるが、複数の読取画素列をもつ
ラインセンサでは、副走査方向の読取画素列間隔で走査
密度が決定してしまうため、この方式で対処することは
できない。

【００４２】そこで本実施形態においては、先の図１に
示したように、センサ基板２６、一対のプーリ２７，２
８およびベルト２９からなる傾き調整機構９によってＣ
ＣＤセンサ５を支持し、これによって球形筐体３の回転
に伴う結像レンズ系４の光軸の傾きによらず、ＣＣＤセ
ンサ５のセンサ面が常に原稿面と平行になるようにして
いる。この傾き機構９の動作においては、図１４に示す
ように、ウォームギア２１を介して伝達される走査用モ
ータ２４（図１）の駆動力により球形筐体３が回転する
と、その回転軸の廻りをＣＣＤセンサ５が周回移動す
る。このとき、中央側のプーリ２８は、球形筐体３の回
転軸と同軸状態で支持アーム２の先端部に固定されてい
ることから、外側のプーリ２７と一体に移動するＣＣＤ
センサ５のセンサ面は、球形筐体３が回転しても常に一
定の向きに保持される。したがって、画像読取装置を設
置した状態で、ＣＣＤセンサ５のセンサ面が原稿面（デ
スクの平面）と平行になるようにセンサ基板２６（図
１）の向きを予め調整しておけば、たとえ画像の読み取
りに際して図１５に示すように読取角度（結像レンズ系
４の光軸の傾き角度）が変化しても、ＣＣＤセンサ５の
センサ面と原稿面３９とを常に平行に維持することが可
能となる。

【００４３】このようにＣＣＤセンサ５のセンサ面と原
稿面３９ａとを常に平行に維持した状態で原稿画像を読
み取ることにより、複数の読取画素列をもつラインセン
サを採用した場合のセンサ上での像歪みを回避すること
ができる。すなわち、図１６に示すように、「光軸」−
「原稿面３９ａ」−「光軸に対してΦ分だけ傾いた光
線」で区画される三角形の領域Ｅ１と、「光軸」−「セ
ンサ面」−「光軸に対してΦ分だけ傾いた光線」で区画
される三角形の領域Ｅ２とは、二つの内角が等しいこと
から相似形となる。このとき、双方の相似比は、「原稿
面３９ａと光軸の交点」から前側主平面までの距離ｚ
と、後側主平面から「センサ面と光軸の交点」までの距
離ｚｄとの比となる。この相似比（ｚ：ｚｄ）の関係
は、図示のごとくＣＣＤセンサ５のセンサ面と原稿面３
９ａが平行であれば、各々の読取画素列ごとに主走査方
向で同一になる。そのため、センサ面への結像倍率は、
その中心部から周辺部にわたっていずれもｚｄ／ｚとな
り、像歪みなく結像される。したがって、上述のごとく
傾き調整機構９によってＣＣＤセンサ５のセンサ面を原
稿面と略平行に保持することで、複数の読取画素列をも
つラインセンサを採用した場合の不具合（画像周辺部で
のボケの問題、副走査方向で読取走査密度が変化する問
題等）を一挙に解消することができる。

【００４４】なお、本実施形態では、原稿３９がデスク
面と平行に置かれる場合を想定して傾き調整機構９を構
成しているが、例えば原稿が厚手の本である場合は先の
図９に示したように原稿面３９ａが曲面になる場合も考
えられる。こうした曲面をなす原稿面３９ａへの対応と
しては、傾き調整機構９の構成として、例えばＣＣＤセ
ンサ５が実装されるセンサ基板２６（図１）の回転軸
に、ギア列等を介してモータ（ステッピングモータ等）
を連結し、画像読取時の読取角度に応じて傾き調整用の
モータを駆動制御することにより、原稿面の曲面形状に
合わせてＣＣＤセンサ５のセンサ面の傾きを調整するこ
とできる。これにより、原稿面３９ａの表面形状（平面
または曲面）にかかわらず、ＣＣＤセンサ５のセンサ面
を原稿面を略平行に保持することが可能となる。

【００４５】ちなみに、上述のごとくＣＣＤセンサ５の
センサ面を原稿面３９ａと平行になるように調整する
と、センサ面が理想結像面からずれることでのデフォー
カスが生じる。すなわち、図１７に示すように、原稿面
の傾きに合わせてセンサ面を光軸からΦ分だけ傾けた場
合、理想結像面としては、それと逆方向に上述の傾き角
Φに結像倍率（本例ではβ＝１／６．３）を乗じたβ・
Φ分だけ傾いた状態となり、これによって光軸と平行方
向のデフォーカスδｆが生じる。このとき、副走査方向
におけるＣＣＤセンサの読取画素列の広がりを±８０μ
ｍとすると、上述したデフォーカスδｆは以下の（５）
式のように表される。 δｆ＝８０（μｍ）× sinΦ＋８０（μｍ）× cosΦ× tan（β・Φ）…（５）この（５）式にＡ４サイズ原稿を想定してΦ＝３５ｄｅ
ｇ、β＝１．６３を代入すると、原稿端を読み取る際の
デフォーカス量はδｆ＝５２μｍとして算出される。こ
のレベルのデォーカス量は、例えばＦ８程度のレンズを
使用した場合、充分に焦点深度の範囲に含まれるため、
実用上問題にならない。

【００４６】なお、上記実施形態においては、複数の読
取画素列をもつリニアセンサとしてＴＤＩタイプのセン
サ構造を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ら
ず、例えば３ラインカラーセンサなど、複数の読取画素
列をもつリニアセンサであれば、いずれのセンサ形態に
適用しても上記同様の効果を得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の画像読取装
置によれば、読取手段と原稿面とを副走査手段により副
走査方向に相対的に走査させるのに同期したかたちで、
結像レンズ系の焦点距離を焦点距離変更手段によって変
更するようにしたので、原稿画像を斜め方向から読み取
る際に、最適なピント状態にて読取手段側での結像倍率
を一定にすることができる。その結果、従来のごとく解
像度変換処理によって画質の劣化を招くことなく、画像
歪み等の不具合を解消することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像読取装置の一実施形態を示す概略構成図
である。

【図２】画像読取装置の設置状態を示す側面概略図で
ある。

【図３】焦点距離可変手段のメカ構成を説明する図で
ある。

【図４】画像読取装置の制御系の機能ブロック図であ
る。

【図５】画像読取装置と原稿との位置関係を示す図で
ある。

【図６】結像倍率を一定にする原理を説明する図であ
る。

【図７】レンズ位置設定処理のフローチャート（その
１）である。

【図８】レンズ位置設定処理のフローチャート（その
２）である。

【図９】副走査速度の設定条件を説明する図である。

【図１０】ＴＤＩセンサの構造原理の説明図である。

【図１１】ＴＤＩセンサでの不具合を説明する図（そ
の１）である。

【図１２】ＴＤＩセンサでの不具合を説明する図（そ
の２）である。

【図１３】原稿面の傾きによるセンサ出力の説明図で
ある。

【図１４】傾き調整機構の動作説明図である。

【図１５】傾き調整機構によるセンサ面の保持状態を
説明する図である。

【図１６】傾き調整機構による不具合解消の説明図で
ある。

【図１７】傾き調整機構によって生じるデフォーカス
の説明図である。

【図１８】解像度変換処理による読取画像データの比
較図である。

【符号の説明】

３球形筐体４結像レンズ系５１次元ＣＣＤイメージセンサ６ＡＦ用モータ７ズーム用モータ８走査機構９傾き調整機構３３制御用ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原稿面に記録された画像を斜め方向から
光学的に読み取る画像読取装置において、前記原稿面で反射した光を結像させる結像レンズ系と、前記結像レンズ系によって結像された光を主走査方向に
読み取る読取手段と、前記読取手段と前記原稿面とを副走査方向に相対的に走
査させる副走査手段と、前記副走査手段による走査に同期して前記結像レンズ系
の焦点距離を変更する焦点距離変更手段とを備えたこと
を特徴とする画像読取装置。
【請求項２】前記副走査手段は、前記原稿面に対する
前記結像レンズ系の光軸の傾きを可変とした傾き可変機
構によって構成されていることを特徴とする請求項１記
載の画像読取装置。
【請求項３】前記読取手段は、複数の読取画素列をも
つラインセンサによって構成されていることを特徴とす
る請求項１記載の画像読取装置。
【請求項４】前記傾き可変機構による前記結像レンズ
系の光軸の傾き角に対応して、前記読取手段から前記原
稿面までの距離を測定する測定手段と、前記測定手段に
よって測定された距離情報に基づいて前記焦点距離変更
手段を駆動制御する制御手段とを具備したことを特徴と
する請求項２記載の画像読取装置。
【請求項５】前記ラインセンサのセンサ面を前記原稿
面と略平行に保持する傾き調整機構を有することを特徴
とする請求項３記載の画像読取装置。
【請求項６】前記ラインセンサは、タイムディレイ・
インテグレーションタイプのセンサであることを特徴と
する請求項５記載の画像読取装置。