JPH1051698A - 走査型画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次元の撮像素子を利用した装置では、撮
像面を湾曲させることができないため、像面を平坦にす
るためには非点収差が大きくなり、あるいは、非点収差
をも補正しようとするとレンズ構成が複雑でコストが高
くなる。 【解決手段】 ラインセンサ２を走査させることにより
撮影レンズ１により形成された被写体像を走査して画像
を読み取る構成を前提とし、撮影レンズ１が有する像面
湾曲を補正するように、ラインセンサ２の走査経路を像
面の湾曲に合わせて設定したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＣＣＤイメージ
センサ等の電気的な撮像素子を利用した画像読み取り装
置に関し、特に、一次元型のセンサを用いた走査型の画
像読み取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像読み取り装置は、撮影レンズにより
形成された被写体像をＣＣＤイメージセンサにより撮影
して画像信号として出力する。画像を正確に読み取るた
めには、一般のフィルムカメラと同様に撮影レンズの収
差をできる小さく抑え、結像性能を良好に保つことが望
ましい。

【０００３】ただし、全ての収差を同時に補正するため
にはレンズの構成枚数が増加してコスト的に不利になる
ため、ペッツバール像面の湾曲を容認しつつ、非点収差
を補正した撮影レンズが従来から知られている。３次収
差の範囲では、任意の像高において、メリディオナル、
サジタルの各像面がペッツバール像面から同一方向に
３：１の距離に位置するという法則があり、非点収差を
補正してメリディオナル、サジタルの像面を一致させる
ことは比較的容易であるが、同時にペッツバール像面を
平坦にすることは困難だからである。

【０００４】上記のような撮影レンズを利用する場合、
残存する像面湾曲は他の手段で補正する必要がある。例
えば、シュミットカメラは、フィルムを球面に吸着させ
て残存する像面湾曲を除去しており、いわゆるレンズ付
フィルムのような構成枚数の少ない撮影レンズを持つカ
メラでは、フィルムを円筒面状に湾曲させることによ
り、撮影画面の長手方向の像面湾曲を補正している(例
えば、特開平５−２８１４６８号公報参照)。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＣＤ
エリアセンサ等の二次元の撮像素子を利用した装置で
は、上述した従来のカメラのフィルムのように撮像面を
湾曲させることができないため、像面を平坦にするため
には非点収差が大きくなり、あるいは、非点収差をも補
正しようとするとレンズ構成が複雑でコストが高くなる
という問題を有している。

【０００６】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑
み、電気的な撮像素子を利用した場合にも、撮影レンズ
に残存する像面湾曲を補正することができる画像読み取
り装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる走査型
画像読み取り装置は、上記の目的を達成させるため、ラ
インセンサを走査させることにより撮影レンズにより形
成された被写体像を走査して画像を読み取る構成を前提
とし、撮影レンズが有する像面湾曲を補正するように、
ラインセンサの走査経路を像面の湾曲に合わせて設定
し、あるいは、ラインセンサを直線的に移動させる場合
には、センサ上に像面が一致するようラインセンサの走
査位置に応じて撮影レンズを光軸方向に移動させること
を特徴とする。なお、この明細書では、「走査」は、二
次元的な画像を読み取るためにラインセンサをその画素
配列方向に対して垂直な成分を含む方向に移動させる動
作を意味する。

【０００８】このように撮影レンズが持つ像面湾曲に合
わせてラインセンサの移動経路を湾曲させ、あるいは撮
影レンズをラインセンサの移動位置に応じて光軸方向に
移動させることにより、撮影レンズが有する像面湾曲を
相殺させることができ、撮影レンズの設計に当たっては
像面湾曲の残存を容認することができ、非点収差を良好
に補正することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる走査型画
像読み取り装置の実施形態を説明する。図１(ａ)(ｂ)
(ｃ)は、この発明の走査型画像読み取り装置の第１、第
２、第３の実施形態の原理をそれぞれ示す説明図であ
る。第１、第２の実施形態では、撮影レンズが有する像
面湾曲を補正するように、ラインセンサの走査の経路が
像面の湾曲に合わせて設定されており、第３の実施形態
では、ラインセンサを直線的に走査させると共に、その
走査位置に応じてセンサ上に像面が一致するよう撮影レ
ンズを光軸方向に移動させる。

【００１０】第１の実施形態にかかる走査型画像読み取
り装置は、図１(ａ)に示されるように、図中左側となる
図示せぬ被写体の像を形成する撮影レンズ１と、被写体
像の一次元的な画像情報を電子的に読み取るラインセン
サ２とを備える。ラインセンサ２は、図中の矢印で示さ
れるように被写体像の湾曲に合わせて設定された湾曲し
た経路に沿ってラインセンサの画素配列方向に対して垂
直な成分を含む方向に被写体像を走査する。

【００１１】センサ制御回路１０は、センサ駆動機構１
１を制御してラインセンサ２を走査させ、ラインセンサ
２に画像の二次元的な情報を取り込ませ、これを画像信
号として出力する。第１の実施形態では、センサ駆動機
構１１は、ラインセンサ２の受光面が、何れの走査位置
においても撮影レンズ１の光軸Ａｘに対してほぼ垂直に
なるよう保持しつつラインセンサ２を走査させる。セン
サ駆動機構１１の詳細については後述する。

【００１２】第２の実施形態にかかる走査型画像読み取
り装置は、図１(ｂ)に示されるように、撮影レンズ１、
ラインセンサ２、センサ制御回路１０、そしてセンサ駆
動機構１１ａから構成される。センサ駆動機構１１ａ
は、ラインセンサ２の受光面が湾曲した移動経路の接線
方向に対してほぼ平行となるよう保持しつつラインセン
サ２を走査させる。すなわち、ラインセンサ２の受光面
は、いずれの走査位置においても、当該走査位置でライ
ンセンサの法線方向が第１の実施形態と比べてレンズの
射出瞳側に向くよう保持されている。他の構成は第１の
実施形態と同一である。

【００１３】第３の実施形態にかかる走査型画像読み取
り装置は、図１(ｃ)に示されるように、撮影レンズ１、
ラインセンサ２、センサ制御回路１０、そしてラインセ
ンサ２の画素配列方向および光軸Ａｘの双方に対してほ
ぼ垂直な方向にラインセンサ２を走査させるセンサ駆動
機構１１ｂを備えると共に、撮影レンズ１をその光軸方
向に直線的に移動させるレンズ駆動機構１３、レンズ駆
動機構１３を制御して撮影レンズの位置を変化させるレ
ンズ駆動制御回路１２とを備える。センサ駆動機構１１
ｂは、ラインセンサ２の受光面が光軸Ａｘに対して垂直
となる状態を保持しつつ、ラインセンサ２を直線的に走
査させる。レンズ駆動制御回路１２は、センサ駆動機構
１１ｂからラインセンサの走査位置に関する情報を入力
し、像面がラインセンサ２の受光面に一致するように、
ラインセンサ２の移動位置に応じて撮影レンズ１の光軸
方向の位置を制御する。

【００１４】次に、上述した原理により作用する各実施
形態のセンサ駆動機構１１、１１ａ、１１ｂ、レンズ駆
動機構１３の具体的な構成例について説明する。以下の
説明では、図中に光軸Ａｘと平行なｘ軸、ラインセンサ
の画素配列方向と平行なｙ軸、そして、ｘ，ｙ両軸に垂
直でラインセンサの走査方向と平行なｚ軸を定義する。

【００１５】図２および図３は、第１の実施形態の装置
に利用されるセンサ駆動機構１１の具体的な構成を示
す。センサ駆動機構１１は、ラインセンサ２を撮影レン
ズの光軸Ａｘに垂直な方向(ｚ方向)に移動させる直線駆
動機構３０と、ラインセンサ２を保持するセンサユニッ
ト２０に取り付けられた突起２１に係合するガイド溝４
１を有し、直線駆動機構３０による駆動に伴ってライン
センサ２の光軸方向(ｘ方向)の位置を変更させる上下一
対の板状のガイド部材４０、４０とを備える。

【００１６】直線移動機構３０は、図示せぬパルスモー
タにより回転制御されるドライブシャフト３１と、この
ドライブシャフト３１に形成されたネジに螺合する移動
ホルダー３２とから概略構成されている。移動ホルダー
３２には、図３に示されるように、センサユニット２０
の背面に位置する背面壁３２ａと、この背面壁３２ａの
上下両端から撮影レンズ側に向かって延設された腕部３
２ｂとが形成されている。上下の腕部３２ｂには、それ
ぞれ突起２１が係合する長孔３３，３３が形成されると
共に、ガイド部材４０を摺動可能に保持する凹部３２
ｃ，３２ｃが形成されている。

【００１７】突起２１は、ｘ方向に長径を有する長円状
の断面を有しており、同様にｘ方向に長い長孔３３に係
合することにより、センサユニット２０は移動ホルダー
３２に対して光軸方向(ｘ方向)にのみスライド可能な状
態で移動ホルダー３２により保持される。長孔３３のｚ
方向の内径は、突起２１のｚ方向の外径にほぼ一致して
おり、センサユニットの突起２１回りの回転は制限され
るため、センサユニット２０はラインセンサ２の受光面
が常に光軸Ａｘに垂直となるよう保持される。一方、ガ
イド部材４０，４０は、ドライブシャフトを駆動するパ
ルスモータと同様に固定部に固定されており、そのガイ
ド溝４１，４１はｘ方向の幅がセンサユニット２０に形
成された突起２１のｘ方向の外径にほぼ一致している。

【００１８】突起２１は、図３に示されるように、ガイ
ド部材４０のガイド溝４１を貫通して移動ホルダー３２
の長孔３３に係合しており、ドライブシャフト３１を回
転させて移動ホルダー３２がガイド部材４０に沿ってｚ
方向に直線的に移動すると、センサユニット２０は移動
ホルダー３２により駆動されてｚ方向に走査しつつ、ガ
イド部材４０に案内されてｚ方向の走査位置に合わせて
ｘ方向の位置を変化させる。これにより、ラインセンサ
２は撮影レンズ１により形成された湾曲した像面に沿っ
てその受光面を光軸Ａｘに対して垂直に保ちつつ走査す
ることとなり、ｚ方向について撮影レンズ１の像面湾曲
を相殺することができ、全体にピントのあった画像を得
ることができる。

【００１９】図４および図５は、第２の実施形態の装置
に利用されるセンサ駆動機構１１ａの具体的な構成を示
す。センサ駆動機構１１ａは、ラインセンサ２をその画
素配列方向に対して垂直な方向(ｚ方向)に移動させる直
線駆動機構３０と、直線駆動機構３０による駆動に伴っ
てラインセンサ２の光軸方向(ｘ方向)の位置を変更させ
る上下一対の板状のガイド部材４０ａ、４０ａとを備え
る。

【００２０】直線移動機構３０の構成は、第１の実施形
態と同一である。ガイド部材４０ａ，４０ａには、ライ
ンセンサ２を保持するセンサユニット２０ａに取り付け
られた主突起２２、および副突起２３，２３に係合する
ガイド溝４１ａが像面の湾曲に沿って形成されている。
主突起２２および副突起２３，２３は、すべて同一径の
円形状の断面を有しており、主突起２２は、図５に示さ
れるように、ガイド部材４０ａ，４０ａのガイド溝４１
ａ，４１ａを貫通して移動ホルダー３２の長孔３３に係
合するよう高さが定められており、副突起２３，２３
は、ガイド溝４１ａ，４１ａにのみ係合するよう主突起
２２より突出量が低く設定されている。

【００２１】ドライブシャフト３１を回転させて移動ホ
ルダー３２がガイド部材４０ａに沿ってｚ方向に直線的
に移動すると、センサユニット２０ａは移動ホルダー３
２により駆動されてｚ方向に走査しつつ、ガイド部材４
０ａに案内されてｚ方向の走査位置に合わせてｘ方向の
位置を変化させる。これにより、ラインセンサ２は撮影
レンズ１により形成された湾曲した像面に沿って移動す
ることとなり、ｚ方向について撮影レンズ１の像面湾曲
を相殺することができる。ラインセンサ２は、何れの走
査位置においても、その受光面が湾曲した走査経路の接
線方向、すなわちガイド溝４１ａ，４１ａの接線方向に
対してほぼ平行となるよう保たれる。

【００２２】図６は、第３の実施形態の装置に利用され
るセンサ駆動機構１１ｂと、レンズ駆動機構１３との具
体的な構成を示す。センサ駆動機構１１ｂは、ラインセ
ンサ２が取り付けられたセンサユニット２０を保持する
移動ホルダー３４と、この移動ホルダー３４の下端部３
４ａに螺合する回転可能なセンサ用ドライブシャフト３
５と、このセンサ用ドライブシャフト３５と平行に設け
られ、移動ホルダー３４の上端部３４ｂに挿通されるガ
イド軸３６とから構成されている。センサ用ドライブシ
ャフト３５を回転駆動させることにより、移動ホルダー
３４がガイド軸３６に沿って移動し、ラインセンサ２を
ｚ方向に直線的に走査させる。

【００２３】レンズ駆動機構１３は、撮影レンズ１を保
持するレンズホルダー１３ａと、このレンズホルダー１
３ａを光軸方向に移動可能に支持するレンズガイド部材
１３ｂと、互いに平行にレンズガイド部材１３ｂに架設
されたレンズ用ドライブシャフト１３ｃ、およびガイド
軸１３ｄとから構成されている。レンズ用ドライブシャ
フト１３ｃを図示せぬモータにより回転させることによ
り、レンズホルダー１３ａをスライドさせて撮影レンズ
１を光軸方向に移動させることができる。その移動量を
形成される像面の湾曲に合わせて制御することにより、
ｚ方向の像面湾曲を相殺することができる。

【００２４】

【実施例】次に、上記の実施形態に用いられる撮影レン
ズ１の具体的な実施例を説明する。図７は、実施例にか
かる撮影レンズの具体的なレンズ構成を示すためのレン
ズ図であり、その数値構成は表１に示されている。図
中、および表中、ＦNo.はＦナンバー、ｆは焦点距離、
ｆbは無限遠の物体に焦点を合わせた際のバックフォー
カス、ωは半画角、ｒはレンズ各面の曲率半径、ｄはレ
ンズ厚またはレンズ間隔、ｎdは各レンズのd-line(588n
m)での屈折率、νdは各レンズのアッベ数である。第
１、第２面が第１レンズ、第３、第４面が第２レンズ、
第５、第６面が第３レンズ、そして、第７、第８面がフ
ィルター、第８、第９面がラインセンサのカバーガラス
を示す。バックフォーカスは、フィルター、カバーガラ
スを含む値である。

【００２５】

【表１】

【００２６】図８は、上記実施例の撮影レンズの倍率−
０．１２９９倍における諸収差を示し、(ａ)はｄ線にお
ける球面収差ＳＡおよび正弦条件ＳＣ、(ｂ)はｄ線、ｇ
線(436nm)、Ｃ線(656nm)、Ｆ線(486nm)、ｅ線(586nm)の
各波長における球面収差によって示される色収差、(ｃ)
は同様に示される倍率色収差、(ｄ)は非点収差(S:サジ
タル、M:メリディオナル)、(ｅ)は歪曲収差を示してい
る。歪曲収差量を示す横軸の単位はパーセント(％)、他
の収差量を示す横軸の単位はｍｍである。また、球面収
差を示す(ａ)(ｂ)のグラフの縦軸はＦナンバー、他のグ
ラフの縦軸は像高ｙである。

【００２７】図８(ｄ)の非点収差のグラフから、サジタ
ル、メリディオナルの各像面はほぼ一致しており、非点
収差は少ないことが理解できる。また、両像面がグラフ
の縦軸で示される光軸上の像点を含む理想的な像平面か
らは大きく離れているため、光軸から離れるにしたがっ
て像面が物体側に近づく負の像面湾曲が大きく発生して
いることが理解できる。

【００２８】図９は、実施例の撮影レンズを利用して形
成される像面の評価に用いられる座標を示す。ここで
は、ラインセンサの画素配列方向であるｙ方向の幅が２
０ｍｍ、ラインセンサの移動方向であるｚ方向の幅が３
０ｍｍの範囲を撮影範囲としている。図１０は、実施例
の撮影レンズの像面湾曲と、これを補正するための第
１、第２の実施形態によるラインセンサの移動経路とを
示す。図１０の破線は、像の範囲中、ｙ方向の中心(ラ
インセンサの中心)からの像高０ｍｍの線上で画面中心
からｚ方向に３，６，９，１２，１５ｍｍ離れた点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆでのピント位置(軸上の像点を基準
とした理想的な像平面からのズレ量)、ｙ方向の中心か
らの像高１０ｍｍの線上で画面中心からｚ方向に３，
６，９，１２，１５ｍｍ離れた点Ａ'，Ｂ'，Ｃ'，Ｄ'，
Ｅ'，Ｆ'でのピント位置をそれぞれ示す。

【００２９】実施例の撮影レンズを用いて第１、第２の
実施形態の方式によりラインセンサを像面の湾曲に沿っ
た経路に沿って移動させる場合、移動軌跡は図１０に実
線で示すような曲線とすることが望ましい。図１０の座
標は、実線に対しては縦軸が光軸上の像点を基準とした
ラインセンサのｘ方向の移動位置、横軸がラインセンサ
のｚ方向の走査位置を示している。

【００３０】図１０の破線で示されるように、ｙ方向の
像高が異なれば、ｚ方向の像高が同一であってもピント
位置は異なる。そこで、ラインセンサのｘ方向の移動位
置は、ｙ方向の軸上の中心点と最大像高でのピントのズ
レの双方が改善されるように、かつ、主たる被写体が位
置する可能性の高い中心側に重点をおいて決定されてい
る。すなわち、ラインセンサの受光面は、ｙ方向の像高
０ｍｍの線上での点Ａ，Ｂ，Ｃ．．．のピント位置と、
像高１０ｍｍの線上の点Ａ'，Ｂ'，Ｃ'，．．．のピン
ト位置との中間であって、前者の点Ａ，Ｂ，Ｃ．．．と
後者の点Ａ'，Ｂ'，Ｃ'，．．．とを結ぶ直線を約２：
３に内分する位置に配置されるよう移動軌跡が定められ
ている。

【００３１】上記の図１０に実線で示される移動軌跡に
沿ってラインセンサを移動させるようガイド部材のガイ
ド溝を形成することにより、ラインセンサは光軸からｚ
方向に離れるにしたがって−ｘ方向(撮影レンズに近づ
く側)に移動するよう制御され、実施例の撮影レンズの
持つ像面湾曲を相殺することができる。

【００３２】なお、第３の実施形態の方式により撮影レ
ンズを光軸方向に移動させる場合には、実線で示される
ラインセンサの移動軌跡の縦軸方向の符号を反転させ、
ラインセンサが光軸からｚ方向に離れるにしたがって撮
影レンズをｘ方向(ラインセンサに近づく方向)に移動さ
せるよう制御すれば、同様にピントズレを相殺して像面
湾曲を補正することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ラインセンサの走査位置に応じてラインセンサ、あ
るいは撮影レンズの光軸方向の位置を変化させることに
より、撮影レンズが持つ像面湾曲を補正することができ
るため、撮影レンズの設計に際して像面湾曲の補正を考
慮する必要が無くなり、少ないレンズ枚数で非点収差を
良好に補正することができ、結果的に構成枚数の少ない
製造容易な低コストの撮影レンズを利用した場合にも、
良好な撮影画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１、第２、第３の実施形態にかかる走査型
画像読み取り装置の原理を示す説明図である。

【図２】 第１の実施形態の装置のセンサ駆動機構の分
解斜視図である。

【図３】 第１の実施形態の装置のセンサ駆動機構の側
面から見た断面図である。

【図４】 第２の実施形態の装置のセンサ駆動機構の分
解斜視図である。

【図５】 第２の実施形態の装置のセンサ駆動機構の側
面から見た断面図である。

【図６】 第３の実施形態の装置のセンサ駆動機構とレ
ンズ駆動機構との斜視図である。

【図７】 実施例にかかる撮影レンズの構成を示すレン
ズ図である。

【図８】 図７に示される撮影レンズの諸収差図であ
る。

【図９】 実施例における撮影範囲の座標を示す説明図
である。

【図１０】 実施例におけるラインセンサの移動経路を
示すグラフである。

【符号の説明】 １ 撮影レンズ ２ ラインセンサ １１，１１ａ，１１ｂ センサ駆動機構 １３ レンズ駆動機構 ２０ センサユニット ２１，２２，２３ 突起 ３０ 直線駆動機構 ４０，４０ａ ガイド部材 ４１，４１ａ ガイド溝

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体像を形成する撮影レンズと、 前記被写体像の画像情報を電子的に読み取るラインセン
   サと、 前記被写体像の像面の湾曲に合わせて設定された湾曲し
   た経路に沿って前記ラインセンサを該ラインセンサの画
   素配列方向に対して垂直な成分を含む方向に走査させる
   センサ駆動手段と、 前記センサ駆動手段を制御して前記ラインセンサを走査
   させ、前記ラインセンサに画像の二次元的な情報を取り
   込ませるセンサ制御手段とを備えることを特徴とする走
   査型画像読み取り装置。
2. 【請求項２】 前記センサ駆動手段は、前記ラインセン
   サに対し、前記撮影レンズの光軸に垂直な方向の直線的
   な駆動力を与える直線駆動機構と、前記ラインセンサに
   取り付けられた突起に係合するガイド溝を有し、前記直
   線駆動機構により移動される前記ラインセンサの走査位
   置に応じて前記ラインセンサの光軸方向の位置を変化さ
   せるガイド部材とを備えることを特徴とする請求項１に
   記載の走査型画像読み取り装置。
3. 【請求項３】 前記ラインセンサの受光面が、いずれの
   走査位置においても前記撮影レンズの光軸に対してほぼ
   垂直になるよう前記ラインセンサが保持されていること
   を特徴とする請求項２に記載の走査型画像読み取り装
   置。
4. 【請求項４】 前記ラインセンサの受光面が、前記湾曲
   した移動経路の接線方向に対してほぼ平行となるよう保
   持されていることを特徴とする請求項２に記載の走査型
   画像読み取り装置。
5. 【請求項５】 被写体像を形成する撮影レンズと、 前記撮影レンズをその光軸方向に移動させるレンズ駆動
   手段と、 前記被写体像の画像情報を電子的に読み取るラインセン
   サと、 前記ラインセンサを該ラインセンサの画素配列方向に対
   して垂直な方向に走査させるセンサ駆動手段と、 前記センサ駆動手段を制御して前記ラインセンサを走査
   させ、前記ラインセンサに画像の二次元的な情報を取り
   込ませるセンサ制御手段と、 前記ラインセンサの走査位置に応じ、前記被写体像の像
   面が前記ラインセンサに一致するように前記レンズ駆動
   手段を制御して前記撮影レンズの少なくとも一部の位置
   を変化させるレンズ駆動制御手段とを備えることを特徴
   とする走査型画像読み取り装置。
6. 【請求項６】 前記センサ駆動手段は、前記ラインセン
   サを前記撮影レンズの光軸に垂直な方向に直線的に移動
   させ、前記レンズ駆動手段は、前記撮影レンズの少なく
   とも一部を光軸方向に直線的に移動させることを特徴と
   する請求項５に記載の走査型画像読み取り装置。