JPH1198389A

JPH1198389A - 撮影装置

Info

Publication number: JPH1198389A
Application number: JP9258012A
Authority: JP
Inventors: Shinya Matsuda; 伸也松田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ミラー回転機構を有した撮影装置において、ミ
ラーの定速回転による副走査にともなう画像の歪みが生
じることなく、しかも被写体が平面状である場合にもぼ
けのない鮮明な画像の得られる撮影装置を提供すること
を目的とする。【解決手段】ラインセンサ１１と、被写体光をラインセ
ンサ１１上に結像させるためのレンズ１２と、被写体光
を偏向する副走査手段とを備え、ライン順次に被写体像
を走査して撮影する撮影装置１であって、副走査手段と
して、回転軸１５Ｊに平行な複数の反射面１５ａ〜ｄを
有する回転多面ミラー機構１４が用いられ、レンズ１２
は、回転軸１５Ｊに平行な方向についてはｆｔａｎθの
結像特性を有し、回転軸１５Ｊに垂直な方向については
ｆθの結像特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラインセンサ（１
次元イメージセンサ）によって２次元の光学像を画像信
号に変換する撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ラインセンサと機械式の副走査機構とに
よって２次元の撮影を行う装置は、エリアセンサで撮影
を行うものと比べて高解像度の撮影が可能であり、主に
各種ドキュメントの読取りに用いられている。この種の
装置のうち、特にディジタルカメラやフィルムスキャナ
などの小型のものでは、副走査機構としてミラー回転機
構が組み込まれている。ミラー回転機構は、ラインセン
サを移動させる機構よりも小型化が容易で電気配線が簡
便であり、しかも高速性に優れている。

【０００３】図８は従来におけるディジタルカメラ８０
の撮像光学系を示す図である。図８において、被写体Ｂ
Ｔから出た被写体光は、レンズユニット８２を通過した
後、揺動するミラー８５によって偏向され、ラインセン
サ８１に入射する。ミラー８５の揺動にともなって、被
写体ＢＴを含む撮像面は矢印Ｍ１の方向に走査される。
この走査が副走査である。副走査によって、被写体の像
が、１ライン分ずつ順にラインセンサ８１に投影され
る。ラインセンサ８１は、１ライン分ずつ投影された被
写体の像について、図の紙面に垂直な方向に電気的な走
査を行うように制御される。この走査が主走査である。
主走査によって、被写体ＢＴの１ライン分の像が電気信
号に変換される。

【０００４】被写体ＢＴの点ＰＡにおける被写体光の一
部は、ミラー８５が実線で示す位置にあるときに、例え
ば光路ＬＡを経てラインセンサ８１に投影される。ま
た、被写体ＢＴの点ＰＢにおける被写体光の一部は、ミ
ラー８５が鎖線で示す位置にあるときに、例えば光路Ｌ
Ｂを経てラインセンサ８１に投影される。

【０００５】同様に被写体ＢＴにおける他の点における
被写体光についてもラインセンサ８１に投影され電気信
号に変換され、その後、種々の処理が施されて２次元の
画像が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のレン
ズユニット８２には、主走査方向及び副走査方向の両方
向に対してｆｔａｎθの結像特性を有したものが使用さ
れている。

【０００７】しかし、ミラー８５が一定の速度で回転す
る場合には、副走査方向の走査速度は被写体ＢＴの点が
レンズユニット８２の光軸ＬＬから離れるにしたがって
速くなる。例えば、点ＰＡにおける走査速度ＶＰＡは点
ＰＢにおける走査速度ＶＰＢよりも速い。つまり、被写
体ＢＴの点のうち光軸ＬＬから遠い点では、光軸ＬＬに
近い点よりも、単位時間当たりに広い範囲にわたって走
査が行われる。このように光軸ＬＬからの距離によって
走査速度が異なるため、最終的に形成される２次元の画
像に歪みが生じる。

【０００８】また、ｆｔａｎθの結像特性を有した従来
のレンズユニット８２では、焦点面が円筒状に湾曲す
る。そのため、被写体ＢＴが平面の原稿である場合に、
例えば、光路ＬＢを経た被写体光がラインセンサ８１の
受光面８１ａに丁度結像するようにラインセンサ１１を
配置すると、光路ＬＡを経た被写体光はラインセンサ８
１の受光面８１ａ上に正確に結像せず、ピントの合って
いないぼけた画像となる。

【０００９】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、ミラー回転機構を有した撮影装置において、ミラ
ーの定速回転による副走査にともなう画像の歪みが生じ
ることなく、しかも被写体が平面状である場合にもぼけ
のない鮮明な画像の得られる撮影装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る装
置は、図１及び図２に示すように、ラインセンサ１１
と、被写体光を前記ラインセンサ１１上に結像させるた
めのレンズ（レンズユニット）１２と、前記被写体光を
偏向する副走査手段とを備え、ライン順次に被写体像を
走査して撮影する撮影装置１であって、前記副走査手段
として、回転軸１５Ｊに平行な複数の反射面１５ａ〜ｄ
を有する回転多面ミラー機構１４が用いられ、前記レン
ズ１２は、前記回転軸１５Ｊに平行な方向についてはｆ
ｔａｎθの結像特性を有し、前記回転軸１５Ｊに垂直な
方向についてはｆθの結像特性を有する。

【００１１】反射面１５ａ〜ｄが回転軸１５Ｊを中心に
回転することにより、被写体光が偏向され、副走査が行
われる。回転軸１５Ｊの１回転によって反射面１５ａ〜
ｄの個数に等しい回数の副走査が行われる。レンズ１２
は、副走査方向にｆθの結像特性を有するので、回転軸
１５Ｊが定速回転する場合に、副走査方向の走査速度が
一定となる。また、主走査方向にはｆｔａｎθの結像特
性を有するので、ラインセンサ１１の各画素が等間隔で
配置されている場合に主走査方向の画像の歪みは生じな
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用したラインセ
ンサカメラ１の構成を示す図、図２はラインセンサカメ
ラ１における撮像光学系の撮影光路を示す図である。

【００１３】ラインセンサカメラ１は、ハンディタイプ
の撮影装置であり、高解像度のディジタル画像入力手段
として利用される。ハウジング１０の前面には、被写体
光ＬＨを内部に導くための窓１０ａが設けられており、
その後方に結像のためのレンズユニット１２が配置され
ている。レンズユニット１２を通過した被写体光ＬＨ
は、ポリゴンミラー１５の表面である反射面１５ａ〜ｄ
で反射してラインセンサ１１に入射する。ハウジング１
０の前面には測光センサ５１が組み付けられ、上面には
レリーズスイッチ６３が配置されている。

【００１４】レンズユニット１２には、図示しないフォ
ーカシング用アクチュエータが取り付けられている。レ
ンズユニット１２は、ポリゴンミラー１５の回転軸１５
Ｊに平行な方向、つまりラインセンサ１１の画素配列方
向である主走査方向については、ｆｔａｎθの結像特性
を有し、回転軸１５Ｊに垂直な方向である副走査方向に
ついては、ｆθの結像特性を有している。ｆｔａｎθの
結像特性及びｆθの結像特性についての詳細は後述す
る。

【００１５】ラインセンサ１１は、ＣＣＤアレイからな
るカラー撮像デバイスであり、被写体像が結像する位置
に固定されている。ラインセンサ１１は、投影された被
写体像を、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色に分解して電気信号に変換
する。ラインセンサ１１として、他の撮像デバイス（例
えば、ＭＯＳ型撮像デバイス）を用いることもできる。

【００１６】ポリゴンミラー１５は、４個の側面のそれ
ぞれが反射面１５ａ〜ｄとなる正四角柱状の光学部材で
あり、モータ１６によって回転軸１５Ｊの周りに回転す
る。ポリゴンミラー１５の回転にともなって、被写体光
ＬＨが副走査方向に偏向され、被写体像が１ライン分ず
つ順にラインセンサ１１の受光面１１ａに投影される。
つまり、ポリゴンミラー１５とモータ１６とによって、
副走査手段である回転ミラー機構１４が構成されてい
る。１回の撮影（１フレーム分の走査）には、４個の反
射面１５ａ〜ｄのうちのいずれか１個の反射面が係わ
る。換言すれば、ポリゴンミラー１５を３６０度回転さ
せることによって４回の撮影を行うことができる。ポリ
ゴンミラー１５の近傍には、回転角度位置及び回転速度
を検知するための光学式の回転センサ（エンコーダ）５
５が設けられている。回転センサ５５の出力する検知信
号に基づいてモータ１６が制御され、これによってポリ
ゴンミラー１５の回転数及び回転のタイミングが制御さ
れる。

【００１７】図３はラインセンサカメラ１の構成を機能
的に示すブロック図である。図３において、ラインセン
サカメラ１は、上述のようにラインセンサ１１と回転ミ
ラー機構１４とによってライン順次に被写体像を走査す
る撮像系１ａ、所定形式の撮影データを出力するための
信号処理系１ｂ、及びＣＰＵ９０を中心に構成される制
御系１ｃを有している。

【００１８】ＣＰＵ９０は、スイッチ群６０からの操作
情報と各種センサからの検出情報とに応じて、ＣＣＤ駆
動回路９１、レンズ駆動回路９２、ミラー駆動回路９４
などの制御対象に適切な指示を与える。この制御のワー
クエリアとして制御メモリ９８が用いられる。回転セン
サ５５の出力は比較器９６で２値化されてＣＰＵ９０に
入力される。ＣＣＤ駆動回路９１は、ＣＰＵ９０からの
スタート要求に呼応してＣＣＤの積分（電荷蓄積）のタ
イミングを規定する信号をラインセンサ１１へ出力す
る。ラインセンサ１１は、積分終了信号に呼応して各画
素の電荷をラッチし、画素の配列順に光電変換信号Ｓ１
１として信号処理系１ｂへ出力する。この主走査は、一
定の周期（＝撮影時間Ｔ／ライン数ｎ）で繰り返され
る。ミラー駆動回路９４はモータ１６を駆動する。

【００１９】信号処理系１ｂにおいて、光電変換信号Ｓ
１１はＡＤ変換器８１で画素クロックに同期してサンプ
リングホールドされ、所定ビット数（例えば８ビット）
の撮影データＤＧに変換される。撮影データＤＧは、逐
次に画像メモリ８２に格納され、１フレーム分の撮影が
終了した後に画素配列順に画像処理回路８３へ転送され
る。画像処理回路８３は、入力された撮影データＤＧに
対して画質補正を含む所定の画像処理を行う。処理後の
撮像データはインタフェース８４を介して外部装置へ出
力される。外部装置としては、コンピュータシステムに
代表される画像編集装置、ＩＣカードを含む記憶媒体、
プリンタ又はディスプレイなどの画像出力装置がある。
なお、記憶媒体を内蔵することによって、ラインセンサ
カメラ１において撮影情報を蓄積するようにしてもよ
い。その場合には、適宜にデータ通信又は記録媒体の受
渡しによって外部装置に蓄積情報が転送される。

【００２０】図４はラインセンサカメラ１の概略の動作
を示すフローチャートである。レリーズスイッチ６３の
操作によって撮影の開始が指示されると、モータ１６を
起動してポリゴンミラー１５の回転を開始させ（＃１、
＃２）、一定の時間が経過して回転速度が安定した後に
撮影を開始する（＃３）。回転センサ５５によって検出
されたポリゴンミラー１５の位置情報に基づいて、４個
の反射面１５ａ〜ｄのうち、ある１つの反射面の最初の
位置から撮影を開始するように、ラインセンサ１１が駆
動される。また、ポリゴンミラー１５の回転数は、１個
の反射面内で必要な撮影時間が得られるような値にあら
かじめ設定されている。１フレームの撮影が終了すると
（＃４でイエス）、得られた撮影データＤＧに対して種
々の画像処理が行われ（＃５）、外部へデータが出力さ
れる（＃６）。

【００２１】以上の構成のラインセンサカメラ１におい
て、ポリゴンミラー１５が一定の速度で回転していると
きに、副走査方向の走査速度は一定である。この機能
は、レンズユニット１２が、副走査方向についてｆθの
結像特性を有していることから得られる。次に、上述の
機能について、図２、図５、及び図６を参照しつつ説明
する。

【００２２】図５はｆｔａｎθレンズの結像特性を示す
図、図６はｆθレンズの結像特性を示す図である。図５
及び図６において、レーザビームＵは一定の方向からポ
リゴンミラー１５Ａに入射し、ポリゴンミラー１５Ａに
よって反射される。「θ」はポリゴンミラー１５Ａによ
り反射したレーザビームＵと光軸ＬＫとのなす角度であ
る。レーザビームＵは、図５においてはｆｔａｎθ特性
のレンズ１２Ｔを、図６においてはｆθ特性のレンズ１
２Ｃを通過する。レーザビームＵの角速度はｄθ／ｄｔ
である。

【００２３】図５において、レーザビームＵの投影面Ｋ
Ｔ１での像高Ｙ１はｆ×ｔａｎθとなる。また、走査速
度Ｖ１は、Ｖ１＝ｄ（ｆ×ｔａｎθ）／ｄｔ＝ｆ×ｓｅｃ²θ×ｄ
θ／ｄｔとなる。

【００２４】ポリゴンミラー１５Ａの角速度ｄθ／ｄｔ
を一定とすると、走査速度Ｖ１は、θが大きくなるにし
たがって、つまり光軸ＬＫから離れるにしたがって速く
なる。

【００２５】一方、図６においては、ｆθ特性のレンズ
１２Ｃが用いられている。レンズ１２Ｃは、歪曲収差を
積極的に利用することにより、レーザビームＵの角度θ
に対して像高Ｙ２がｆ×θとなるように構成されてい
る。つまり、ポリゴンミラー１５Ａが一定の速度で回転
する場合、つまり角速度ｄθ／ｄｔが一定の場合に、走
査速度Ｖ２は一定となる。これを式で表すと、ｆθ特性
のレンズ１２Ｃを通過したレーザビームＵの投影面ＫＴ
１での走査速度Ｖ２は、Ｖ２＝ｄ（ｆ×θ）／ｄｔ＝ｆ×ｄθ／ｄｔとなり、一定値である。

【００２６】ポリゴンミラー１５Ａの反射面の個数が１
２個の場合には、１個の反射面の走査角は６０度とな
る。１個の反射面の中でも利用できない範囲があるの
で、そのうちの有効な走査範囲を８０％とすると、Ａ３
サイズの用紙（横幅２９７ｍｍ）を走査するには、ｆ×π／３×０．８＝２９７より、ｆ＝３５５ｍｍのｆθレンズが必要になる。

【００２７】図７はｆ＝３５５ｍｍであるｆθ特性のレ
ンズ１２Ｃの構成の例を示している。図７に示すレンズ
１２ｃによる走査速度Ｖ２の等速性の誤差は０．１％以
内である。

【００２８】図２に示されるように、被写体ＢＴ１の点
Ｐ１における被写体光ＬＨ１は、ポリゴンミラー１５が
実線で示す位置にあるときに光路ＬＰ１を経てラインセ
ンサ１１上に投影される。また、被写体ＢＴ１上の点Ｐ
２における被写体光ＬＨ２は、ポリゴンミラー１５が鎖
線で示す位置にあるときに光路ＬＰ２を経てラインセン
サ１１上に投影される。

【００２９】上述したように、点Ｐ１を走査するときの
走査速度ＶＰ１と、点Ｐ２を走査するときの走査速度Ｖ
Ｐ２とは等しく、このことは被写体ＢＴ１の全ての点に
ついていえる。つまり、被写体ＢＴ１を副走査する際
に、光軸ＬＫからの距離に係わらず、単位時間あたりの
撮影間隔（幅）は均等である。したがって、画像に歪が
生じない。

【００３０】また、レンズユニット１２では、焦点面が
円筒状に湾曲することなく、平面状である。したがっ
て、被写体ＢＴ１が例えば平面の原稿である場合にも全
面にわたって正確にピントが合い、被写体光ＬＨの全て
がラインセンサ１１の受光面１１ａに正確に結像する。
このため、ぼけのない画像が得られる。

【００３１】また、ポリゴンミラー１５の回転速度を一
定とした場合には、モータ１６の制御が容易となり、且
つ回転精度が向上する。つまり、簡単な構成によって高
精度の制御を行うことができ、したがって画像歪みの低
減とコストダウンを図ることができる。

【００３２】一方、レンズユニット１２は、主走査方向
については、ｆｔａｎθの結像特性を有している。ライ
ンセンサカメラ１において、主走査はラインセンサ１１
の画素配列方向（主走査方向）に電気的に行われるの
で、走査の密度は画素密度に依存する。ラインセンサ１
１の画素密度は一定であるので、ポリゴンミラー１５に
よる副走査の場合のようにｆθの結像特性を持たせるこ
となく、歪みのない画像を得ることができる。

【００３３】レンズユニット１２のように、主走査方向
についてはｆｔａｎθの結像特性を有し、副走査方向に
ついてはｆθの結像特性を有したレンズユニットとし
て、例えばレーザビームの走査に用いられるテレセント
リックｆθレンズを使用することができる。

【００３４】上述の実施形態において、ポリゴンミラー
１５は、反射面が４枚の正四角柱状の光学部材とした
が、三角形、五角形、六角形、八角形など、反射面の個
数が３枚以下又は５枚以上のものを用いることができ
る。ポリゴンミラー１５をレンズユニット１２とライン
センサ１１との間に配置したが、被写体とレンズユニッ
ト１２との間に配置してもよい。

【００３５】上述の実施形態において、レンズユニット
１２にズーム機構を備えたものを用いることができる。
その場合に、ズーミングに合わせて１フレーム当たりの
ポリゴンミラー１５の回転角度を調整すればよい。その
他、ラインセンサカメラ１の全体又は各部の構成、形
状、個数、材質、フローチャートの内容又は順序など
は、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。
本発明はハンディタイプに限らず据え置き型の撮影装置
にも適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明によると、ミラー回転機構を有し
た撮影装置において、ミラーの定速回転による副走査に
ともなう画像の歪みの生じることがなく、しかも被写体
が平面状である場合にもぼけのない鮮明な画像が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したラインセンサカメラの構成を
示す図である。

【図２】ラインセンサカメラにおける撮像系の撮影光路
を示す図である。

【図３】ラインセンサカメラの構成を機能的に示すブロ
ック図である。

【図４】ラインセンサカメラの概略の動作を示すフロー
チャートである。

【図５】ｆｔａｎθレンズの結像特性を示す図である。

【図６】ｆθレンズの結像特性を示す図である。

【図７】ｆθレンズの構成の一例を示す図である。

【図８】従来におけるディジタルカメラの撮像光学系を
示す図である。

【符号の説明】

１ラインセンサカメラ（撮影装置）１１ラインセンサ１２レンズユニット（レンズ）１４副走査手段（回転多面ミラー機構）１５ポリゴンミラー（回転多面ミラー機構）１５Ｊ回転軸（回転多面ミラー機構）１５ａ〜ｄ反射面１６モータ（回転多面ミラー機構）ＬＨ被写体光

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/232 Ｈ０４Ｎ 1/04 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ラインセンサと、被写体光を前記ラインセ
ンサ上に結像させるためのレンズと、前記被写体光を偏
向する副走査手段とを備え、ライン順次に被写体像を走
査して撮影する撮影装置であって、前記副走査手段として、回転軸に平行な複数の反射面を
有する回転多面ミラー機構が用いられ、前記レンズは、前記回転軸に平行な方向についてはｆｔ
ａｎθの結像特性を有し、前記回転軸に垂直な方向につ
いてはｆθの結像特性を有する、ことを特徴とする撮影装置。