JPH10308845A

JPH10308845A - 画像読取り装置

Info

Publication number: JPH10308845A
Application number: JP9135960A
Authority: JP
Inventors: Naoki Miyatake; 直樹宮武
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 1998-11-17

Abstract

(57)【要約】【課題】非球面レンズや異常分散レンズ等の高価レン
ズ硝材を用いたり、高度なレンズ設計を行なわず、歪曲
収差が多く残留した読取りレンズであっても、その読取
りレンズを使用する際に、読取り画像データに歪曲収差
に起因する劣化が生じることのない画像読取り装置を提
供する。【解決手段】Ｎ個の画素受光面８−１ないし８−Ｎを
一列に配設して画素列８を形成する。画素受光面８−１
〜８−Ｎのそれぞれの画素列の形成方向の長さを、読取
りレンズの持っている歪曲収差の特性に対応した長さに
設定する。軸上に位置する中央の画素受光面８−（Ｎ／
２）の大きさを最小の正方形とし、周辺寄りに向かうに
従って、読取りレンズの持っている歪曲収差の特性形状
に対応するように各画素の画素列の形成方向の長さを異
ならせ、歪曲収差に起因する劣化が実質的に生じること
のない画像読取りデータを得るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像読取り装置に
関し、特に、原稿画像のデータをＣＣＤ等の撮像素子を
用いて画素単位の読取り出力を得ることができる画像読
取り装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原稿画像のデータをＣＣＤ等の撮像素子
を用いて画素単位の読取り出力として得ることができる
画像読取り装置は、ディジタル複写機、イメージスキャ
ナ機器等に広く用いられている。このような画像読取り
装置の概略構成の一例を図６に示す。

【０００３】図６において、透明な平板ガラスでなる原
稿載置板１の上面に載置された原稿２は、その下方に配
設された照明光源３によって主走査方向（図６の紙面に
垂直な方向）の帯状範囲が照明される。この照明光源３
によって照明された原稿像は、ミラー４によって９０°
折り曲げられ、主として照明光源３の持っている赤外光
成分が赤外カット板５によってカットされた状態で読取
りレンズ６に導かれる。この読取りレンズ６の結像位置
には、ＣＣＤ等の撮像素子でなる画素列７が配設されて
いる。この画素列７は、原稿画像のデータを画素単位の
読取り出力として得るためのもので、微小ピッチ（例え
ば数μｍ）で多数の画素受光部が１列上に配設されるよ
うに形成されている。

【０００４】この一例を図７に示す。即ち、ＣＣＤでな
る画素列７は、画素受光部としてのＮ個の画素受光面７
−１ないし７−Ｎが一列上に配列されたもので、各画素
受光面７−１ないし７−Ｎのそれぞれは、一辺の長さが
ａ₀ でなる正方形形状のものが多数配列されたものとな
っている。そして、画素受光面７−１ないし画素受光面
７−Ｎのそれぞれに入射される原稿像が、光電変換さ
れ、適宜の読取り制御の基に画像データの画素出力（主
走査方向のデータ）に変換されるようになっている。

【０００５】また、副走査方向のデータは、照明光源
３、ミラー４、赤外カット板５、読取りレンズ６、画素
列７を一体に平行移動（図６紙面の左右方向）させる
か、またはこれらの照明光源３、ミラー４、赤外カット
板５、読取りレンズ６、画素列７は固定状態で、原稿２
を平行移動（図６紙面の左右方向）させることによって
得ることができる。

【０００６】さて、照明光源３は、複数の短尺フィラメ
ントを所定間隔で直線状に連結配置してなる長尺電球が
使用される場合が多く、この場合には、照明光源３の両
端部分のそれぞれにおける照明光量不足が生じたり、複
数の短尺フィラメントの連結接合部分（発光しない部
分）において照明光量不足が生じてしまい、読取られた
画像データの画素出力の精度が悪くなってしまい、画像
再現の精度が劣化してしまうという問題がある。

【０００７】特に、カラー機器に用いられるカラーＣＣ
Ｄにおいては、色検出素子がＲＧＢの３成分に対応して
３列に配設されるためにカラー画像再現の精度を劣化さ
せてしまうという点で一層顕著な問題となっている。な
お、照明光に起因する周辺照明光量不足が補償できると
共に、原稿像を画素受光面に結像させるための読取りレ
ンズによるコサイン４乗則に基づく周辺光量劣化にも前
述同様に対応させている。

【０００８】この問題を解消した「カラー画像読取り装
置」が、例えば特開平５−３２８０２３に記載されてい
る。即ち、照明光源により照明された原稿からの像をＲ
ＧＢの３原色で分光し、分光された各色成分をそれぞれ
光電変換してカラーデータを得る「カラー画像読取り装
置」において、光電変換するための素子の大きさ（受光
面画素の大きさ）を、照明光源によるスリット状の照明
光束の端部に行くに連れて光量低下が生じるということ
を補償するために、複数の画素受光面における画素受光
部のそれぞれの主走査方向の大きさ（ピッチ）を一定と
し副走査方向の長さを軸上から周辺部に行くに連れて暫
時に大きくすることによって、照明光に起因する周辺照
明光量不足が補償された正確なカラー画像データを得る
ことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の画
像読取り装置は、原稿像を画素受光面に結像させるため
の読取りレンズは、最終的に得られる画像データの品位
を向上させるために各種レンズ収差が良好に補正されて
いるもので、即ち、カラー画像再現の品位を向上させる
ために球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差等の特
性が良好に補正され、光学系の一部のレンズ群を張合せ
レンズで構成することによって色収差を補正したりして
いる。また、各種レンズ収差を高度に補正するために、
異常分散硝材等の高価材料が用いられたり、加工単価が
非常に高い非球面レンズが用いられる場合があり、これ
らの場合には、製造コストが上昇してしまう。

【００１０】また、いずれの方法を採っても従来の画像
読取り装置においては、原稿像を画素受光面に結像させ
るための読取りレンズは、各種レンズ収差を良好に補正
することが必要とされているために、レンズ設計が高度
となり、レンズ構成枚数が多くなったり、異常分散硝材
等の高価材料を用いざるを得なかったり、加工単価が非
常に高い非球面レンズを採用せざるを得なかったりする
ので、結果的にかなりの高価格になってしまうという問
題がある。

【００１１】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、原稿像を画素受光面に結像させる
ための読取りレンズにおける歪曲収差を高度に補正する
ことなく、当該歪曲収差が多く残留したものであって
も、その読取り画像データに当該歪曲収差に起因する劣
化が実質的に生じることのない画像読取り装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的を達成
するために、請求項１に係る画像読取り装置は、照明手
段により照明された原稿の像を、１枚以上のミラーを介
し、かつ正の歪曲収差を持っている読取りレンズに導
き、該読取りレンズの結像位置に列状に配置された複数
の画素受光部でなる画素列を配設し、該画素列の各画素
受光部の出力を読み出すことによって原稿画像を読取り
得る画像読取り装置において、上記画素列を形成する複
数の画素受光部の、該画素列の形成方向のそれぞれの長
さを上記読取りレンズの持っている歪曲収差量に対応し
て異ならせたことを特徴とするものである。

【００１３】また、本発明の目的を達成するために、請
求項２に係る画像読取り装置は、照明手段により照明さ
れた原稿の像を、１枚以上のミラーを介し、かつ正の歪
曲収差を持っている読取りレンズに導き、該読取りレン
ズの結像位置に列状に配置された複数の画素受光面で形
成される画素列を配設し、該画素列の各画素受光部の出
力を読み出すことによって原稿像を読取り得る画像読取
り装置において、上記画素列を形成する複数の画素受光
部の、該画素列の形成方向のそれぞれの長さを、上記読
取りレンズの光軸上から最周辺部までの歪曲収差特性を
直線近似した値に対応して光軸から周辺部に向けて大き
くなるように構成したことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】以上のように構成された本発明の請求項１に係
る画像読取り装置は、読取りレンズの持っている歪曲収
差に対応して異ならせ、即ち、上記画素列を形成する複
数の画素受光部のそれぞれの画素列の形成方向の長さ
を、歪曲収差の量が多い場合には大きく設定し、歪曲収
差の量が少ない場合には小さく設定することによって歪
曲収差に起因する読取りデータ劣化が実質的に生じない
ようにしている。また、請求項２に係る画像読取り装置
は、歪曲収差の特性を直線近似して複数の画素受光部の
それぞれの画素列の形成方向の長さの設定、即ち、上記
読取りレンズの光軸上から最周辺部までの歪曲収差特性
を直線近似した値に対応して光軸から周辺部に向けて大
きくすることによって歪曲収差に起因する読取りデータ
劣化が実質的に生じないようにしている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図５を用いて説明する。先ず、本発明の請求項１
の実施の形態に係る画像読取り装置を第１の実施の形態
として図１ないし図３を用いて説明する。図１は、本発
明の第１の実施の形態に係る画像読取り装置の画素列を
概念的に示す図で、この画像読取り装置は、照明手段に
より照明された原稿の像を、１枚以上のミラーを介し、
かつ正の歪曲収差を持っている読取りレンズに導き、該
読取りレンズの結像位置に列状配設された複数の画素受
光部でなる画素列を配設し、該画素列の各画素受光部の
出力を読み出すことによって原稿画像を読取り得るもの
である。

【００１６】また、上述の画素列は、原稿画像のデータ
を画素単位の読取り出力として得るためのもので、それ
ぞれが異なる微小間隔（例えば数μｍ）で多数の画素受
光部が１列上に配置されている。そして、画素受光部と
しての各画素受光面８−１ないし画素受光面８−Ｎのそ
れぞれに入射される光が光電変換され適宜の読取りサイ
クルでもって画像データの画素出力（主走査方向のデー
タ）が得られるようになっている。また、副走査方向の
データは、前述同様にして照明光源、ミラー、赤外カッ
ト板、読取りレンズ、画素列８を一体に平行移動（図１
紙面の上下方向）、またはこれらの照明光源、ミラー、
赤外カット板、読取りレンズ、画素列８を固定状態で、
原稿を平行移動（図１紙面の上下方向）させることによ
って得ることができる。

【００１７】Ｎ個の画素受光面８−１ないし画素受光面
８−Ｎは、上記画素列を形成する複数の画素受光部のそ
れぞれの大きさを読取りレンズの持っている歪曲収差量
に対応して異ならせたものである。次に、この詳細につ
いて説明する。読取りレンズの持っている歪曲収差が図
２に示すように正の特性を持ち、その歪曲収差の量が光
軸上から最周辺に向けて増加している場合、ｎ画素目の
画素受光面の実像高（Ｙ′）は、次の第１式で与えられ
る。なお、この「ｎ画素目」というのは、画素列８を形
成するＮ個の画素受光面８−１ないし画素受光面８−Ｎ
のうちの中央（光軸上）に位置された画素受光面８−
（Ｎ／２）から画素受光面８−Ｎ寄りの画素個数をいう
ものである。

【００１８】このときの理想像高は、Ｙ_(n) ＝ａ₀ ×ｎとなる。ただし、ａ₀ は、光軸上の画素受光面８−（Ｎ
／２）の画素列８の形成方向の長さとする。Ｙ′_(n) ＝ａ₀ ×ｎ×｛１＋ｄｉｓ_(n) ｝ …………（第１式）ただし、ｄｉｓ_(n) は、ｎ画素目の歪曲収差量とする。

【００１９】また、このとき、図４に示すようにｎ画素
目の長さａ_(n) は、次の第２式で与えられる。

【００２０】ａ_(n) ＝２Ｙ′_(n) −２Ｙ′_(n-1) −ａ_(n-1) ………（第２式）従って、上記第２式より算出した画素の長さに合わせて
図１に示す画素列８のＮ個の画素受光面８−１ないし画
素受光面８−Ｎのそれぞれの画素列８形成方向の長さ
を、中央に位置する画素受光面８−（Ｎ／２）の大きさ
を最小とし、これから周辺寄り、換言すれば、画素受光
面８−１寄りと画素受光面８−Ｎ寄りのそれぞれに向け
て大きくするのである。

【００２１】この結果、読取りレンズの持っている（残
留している）歪曲収差が大きくても倍率誤差は、低減さ
れることになる。また、中央に位置する画素受光面８−
（Ｎ／２）の面積に比べて画素受光面８−１寄りと画素
受光面８−Ｎ寄りのそれぞれの面積が大きいために評価
像面空間周波数が大きくなり軸外での性能が向上するの
で、読取りレンズの設計を特に歪曲収差を略完全に除去
するように高度にしなくてもよいので、低コストな画像
読取り装置とすることができる。

【００２２】次に、本発明の請求項２の実施の形態に係
る画像読取り装置を第２の実施の形態として図４および
図５を用いて説明する。この画像読取り装置は、照明手
段により照明された原稿の像を、１枚以上のミラーを介
し、かつ正の歪曲収差を持っている読取りレンズに導
き、該読取りレンズの結像位置に列状に配置された複数
の画素受光面でなる画素列を配設し、該画素列の各画素
受光面に入射された光束の出力を読み出すことによって
原稿画像を読取り得るものである。

【００２３】また、上述の画素列８は、ＣＣＤで形成さ
れ原稿画像のデータを画素単位の読取り出力として得る
ためのもので、それぞれが異なる微小間隔（例えば数μ
ｍ）で多数の画素受光部の受光面がＮ個の画素受光面８
−１ないし画素受光面８−Ｎとして１列上に配置されて
いる。そして、各画素受光面８−１ないし画素受光面８
−Ｎのそれぞれに入射された光は、光電変換され適宜の
読取りサイクルでもって画像データの画素出力（主走査
方向のデータ）に変換されるようになっている。

【００２４】また、副走査方向のデータは、前述同様に
して照明光源３、ミラー４、赤外カット板５、読取りレ
ンズ６、画素列８を一体に平行（図１の紙面に直交する
方向）に移動させるか、またはこれらの照明光源３、ミ
ラー４、赤外カット板５、読取りレンズ６、画素列８
を、固定状態で、原稿を平行（図１の紙面に直交方向）
に移動させることによって得ることができる。Ｎ個の画
素受光面８−１ないし画素受光面８−Ｎは、上記画素列
を形成する複数の画素受光部のそれぞれの画素列８の形
成方向の長さを読取りレンズの持っている歪曲収差量に
対応して異ならせたものである。次に、この詳細につい
て説明する。

【００２５】読取りレンズの持っている歪曲収差が、図
４に示すように正の特性を持ち、その歪曲収差が光軸上
から最周辺に向けて湾曲している場合、歪曲収差の特性
ｆ₂を破線で示す特性ｆ₃ のように直線近似し、その傾
きをｂとすれば、このときのｎ画素目の歪曲収差の量ｄ
ｉｓ_(n) は、ｂ×ｎで示される。このときの理想像高
は、Ｙ_(n) ＝ａ₀ ×ｎである。ただし、ａ₀ は、光軸上に位置する画素受光面
８−（Ｎ／２）の画素列８の形成方向の長さとする。

【００２６】従って、実像高は、次の第３式で与えられ
る。Ｙ′_(n) ＝ａ₀ ×ｎ×（１＋ｂ×ｎ） …………（第３式）このとき、図５に示すようにｎ画素目の画素受光面８−
ｎの大きさａ_(n) は、次の第４式で与えられる。ａ_(n) ＝Ｙ′_(n) −Ｙ′_(n-1) ＋ｂ×ａ₀ ａ_(n) ＝｛ａ₀ ×ｎ×（１＋ｂ×ｎ）｝ −［ａ₀ ×（ｎ−１）×｛１＋ｂ×（ｎ−１）｝］＋ｂ×ａ₀ ………（第４式）従って、この第４式より本来の特性ｆ₂ を直線近似する
特性ｆ₃ の傾きと光軸上のｎ個の画素受光面８−１ない
し画素受光面８−Ｎのそれぞれにおける、画素列８の形
成方向の像高が分かれば容易にその大きさを算出でき、
その値に合わせてＮ個の画素受光面８−１ないし画素受
光面８−Ｎの画素列８の形成方向の長さを中心から周辺
に向けて大きくすることにより、読取りレンズの持って
いる（残留している）歪曲収差が大きくても倍率誤差は
低減される。

【００２７】また、読取りレンズの持っている（残留し
ている）歪曲収差を直線的に設計するというやや高度の
レンズ設計をしなくてよく、曲線状の歪曲収差を直線近
似し、上記第４式より算出した画素の大きさに合わせて
図１に示す画素列８のＮ個の画素受光面８−１ないし画
素受光面８−Ｎのそれぞれの大きさを中心の画素受光面
８−（Ｎ／２）から周辺寄り、換言すれば、画素受光面
８−１寄りと画素受光面８−Ｎ寄りのそれぞれに向けて
大きくするのである。この結果、読取りレンズの持って
いる（残留している）歪曲収差が大きくても倍率誤差は
低減される。

【００２８】また、中心の画素受光面８−（Ｎ／２）の
面積に比べて画素受光面８−１寄りと画素受光面８−Ｎ
寄りのそれぞれの面積が大きいために、評価像面空間周
波数が大きくなり軸外での性能が向上するので、読取り
レンズの設計を高度に、特に歪曲収差を略完全に除去す
るようにしなくてもよいので、低コストな画像読取り装
置とすることができる。また、読取りレンズの持ってい
る（残留している）歪曲収差の特性形状の制約がなくな
り、直線近似の傾きと光軸上の画素の大きさが分かれば
容易に各画素の大きさを算出することができる。

【００２９】なお、本発明は、以上説明した第１および
第２の実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸
脱しない範囲内で種々の変形実施を採ることができるこ
とは勿論である。即ち、本発明に係る画像読取り装置が
用いられる装置としては、前述のようなディジタル複写
機やイメージスキャナに特定されることなくファクシミ
リ機器等のあらゆる機器に用いることができることは勿
論である。

【００３０】また、前述形態においては、Ｎ個の受光面
が一列に配設された状態で画像読取りを行うものである
が、ＲＧＢの原色に対応して３列に受光面を配設したも
のであってもよく、場合によっては、シアン・マゼンタ
・イエローの原色に対応して３列に受光面を配設したも
の、もしくはこれらの原色にブラック成分に対応した受
光列を付加するようにしてもよい。また、歪曲収差に起
因する補償を行うのみならずミラー等の持っている各種
の画像劣化要因を加味して歪曲収差補償することによっ
てより高性能な画像読取り装置とすることができる。

【００３１】また、画素受光面の形状は、上述した実施
の形態では正方形であるものとして説明したが、矩形
（長方形）であってもよく、例えば、画素列８の方向
（図１における左右方向）の長さは、上述したように、
中央部が最も小さく、周辺部に行くにつれて読取りレン
ズの持っている歪曲収差量に対応して大きくなるように
形成し、一方、各画素受光面の画素列８の方向（図１に
おける上下方向）の長さは、照明光源に起因する周辺光
量の低下および／または読取りレンズが本来持っている
コサイン４乗則に基づく周辺光量の低下を補うような大
きさに形成するようにしてもよい。このようにすれば、
歪曲収差に起因する像性能の劣化を生じさせなくするこ
とができると共にコサイン４乗則に基づく周辺光量の低
下を補償し得る画像読取り装置を提供することができ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る画像読取り装置は、原稿像を画素受光面に結像させ
るための読取りレンズにおける歪曲収差を略完全に除去
する必要がなく、当該歪曲収差が多く残留したものであ
っても、その読取り画像データに「当該歪曲収差に起因
する劣化」が生じることのない画像読取り装置を提供す
ることができる。また、複数の受光面のそれぞれの大き
さが中央部が最小で周辺部に行くに連れて大きくなって
いるために、当該受光面の実質的な感度が高くなるの
で、照明光源に起因する周辺光量の低下のみならず、読
取りレンズが本来持っているコサイン４乗則に基づく周
辺光量低下も実質的に低減されることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１の実施の形態に係る画像読取り装置
に用いられる画素列を概念的に示す平面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る画像読取り装
置に用いられる読取りレンズの持っている歪曲収差特性
の一例を示す収差線図である。

【図３】図２に示す歪曲収差特性に対応した画素受光面
の大きさを説明するための説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る画像読取り装
置に用いられる読取りレンズの持っている歪曲収差特性
の一例を示す収差線図である。

【図５】図４に示す歪曲収差特性に対応した画素受光面
の大きさを説明するための説明図である。

【図６】従来の画像読取り装置の一例を示す概略構成図
である。

【図７】図６中に示される画素列の画素受光面を説明す
るための平面図である。

【符号の説明】

１原稿載置板２原稿３照明光源４ミラー５赤外カット板６読取りレンズ７，８画素列（７−１）〜（７−Ｎ），（８−１）〜（８−Ｎ）
画素受光面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明手段により照明された原稿の像を、
１枚以上のミラーを介し、かつ正の歪曲収差を持ってい
る読取りレンズに導き、該読取りレンズの結像位置に列
状に配置された複数の画素受光部でなる画素列を配設
し、該画素列の各画素受光部の出力を読み出すことによ
って原稿画像を読取り得る画像読取り装置において、上記画素列を形成する複数の画素受光部の、該画素列の
形成方向のそれぞれの長さを上記読取りレンズの持って
いる歪曲収差量に対応して異ならせたことを特徴とする
画像読取り装置。
【請求項２】照明手段により照明された原稿の像を、
１枚以上のミラーを介し、かつ正の歪曲収差を持ってい
る読取りレンズに導き、該読取りレンズの結像位置に列
状配設された複数の画素受光部で形成される画素列を配
設し、該画素列の各画素受光部の出力を読み出すことに
よって原稿像を読取り得る画像読取り装置において、上記画素列を形成する複数の画素受光部の、該画素列の
形成方向のそれぞれの長さを、上記読取りレンズの光軸
上から最周辺部までの歪曲収差特性を直線近似した値に
対応して光軸から周辺部に向けて大きくしたことを特徴
とする画像読取り装置。