JPS60185923A - 読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、原稿画像等を光学的に読み取る読取装置に関
する。

従来例の構成とその問題点 第１図は従来の読取装置の一例を示す概略平面図である
。この図において、１は原稿、２はレンズ、３は固体撮
像素子である。読取幅４の範囲の原稿画像が、レンズ２
を介して固体撮像素子３に結像され、読み取られる。読
取の主走査は固体撮像素子３によって行われ、副走査は
原稿１を図面に垂直な方向に移動させることによって行
われる。

第２図は上記固体撮像素子３として用いられるＣＯＤの
基本構造を示す概略平面図である。この図において、４
は受光素子、５は電荷転送部、６は光シールド、７は転
送ゲートである。市販されているＣＯＤでは、２０４８
個の受光素子４がピッチ（ｐ）１４μｍで一列に配列さ
れている。

上に述べたような読取装置において、読取幅ｌを一定と
すると、解像度は固体撮像素子３の受光素子４の個数に
よって決まってしまう。従って、解像度を上げるために
は、固体撮像素子の集積度を上げ、より多数の受光素子
４を高密度に配列する必要がある。しかし、第２図に示
したように、受光素子４の相互間に、電荷の凋洩を防ぐ
ための光シールド６を設ける必要があり、この光シール
ド６０幅は一定値以上に保つ必要がある。このため、集
積度を上げると、受光素子４の面積が減少し、感度の低
下を招く。

この問題に対して、固体撮像素子を複数個用いることに
より、個々の固体撮像素子の集積度を上げることなく、
実質的に解像度を増加させる方式がある。

第３図はそのような方式の読取装置の概略平面図である
。図に示すように、二系統のレンズ２１゜２　および固
体撮像素子３１，３２が設けられ、読取幅ｌの半分の画
像が一方の固体撮像素子３１　に結像され、残りの半分
の画像が固体撮像素子３２に結像される。従って、固体
撮像素子３１．３２の解像度の２倍の解像度で読取幅４
の読取りを行う事ができる。同様に、読取系をＮ個並列
に設ければ、解像度をＮ倍に上げることができる。

しかし、このような方式は、各固体撮像素子によって読
み取られる範囲がオーバラップした９、読取範囲の切れ
目が生じたりすることのないように、固体撮像素子およ
びレンズの位置を高精度に調整する必要があり、壕だ、
部品点数が増えるため、読取装置のコスト上昇を招くと
いう問題がある。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するもので、撮像素子
およびレンズを複数系統設けることなく、また、感度の
低下を招くことなく、実質的に撮像素子の解像度の倍の
解像度で画像を読み取ることができる読取装置を提供す
ることを目的とする。

発明の構成 本発明は、撮像素子に画像を結像するだめのレンズの光
軸上に透明板を配置し、レンズの光軸に対する透明板の
角度を周期的に変化させることにより、画像の結像点を
微小量移動させ、解像度を実質的に倍増するものである
。

実施例の説明 以下、図面を参照し本発明の実施例につき説明する。

第４図は本発明の一実施例による読取装置の概略平面図
である。この図において、１１は原稿であシ、１２はＣ
ＣＤ等の固体撮像素子である。１３は読取幅４の範囲内
の原稿画像を固体撮像素子１２に結像させるためのレン
ズである。

１４は本発明により新たに導入されたもので、ガラス板
、水晶板、プラスチック板等の光を屈折透過する透明板
である。この透明板１４は、軸１６を支点として図の左
右方向に回転できるように支持されている。１６は一対
の電磁石であり、透明板１４の下端に取付けられた磁性
板１７と磁気的に結合している。１８は固体撮像素子１
２の読取走査と同期して電磁石１６を駆動する駆動回路
である。従って、透明板１４は、読取走査と同期して回
転振動する。

この回転振動により、レンズ１３の光軸に対する透明板
１４の角度が読取走査と同期して変化し、固体撮像素子
１２上の画像の結像度が％画素ピッチ分たけ周期的に移
動する。その結果、固体撮像素子１２の解像度の倍の解
像度で、原稿画像を読み取ることができるようになる。

次に、透明板１４について、第５図ないし第８図により
説明する。

第５図に示すように、透明板１４がレンズ１３の光軸２
ｏと垂直の場合は、レンズ１３から入射する光線Ａ、Ｂ
、Ｃは、透明板１４によって屈折され、固体撮像素子１
２の受光面上の点Ｏに集光する０ 透明板１４を角度αだけ傾けると、第６図に示するよう
に、集光点Ｑ′にずれる。この集光点のずれ量○Ｏ′　
を第７図によってさらに説明する。

第７図において、光線Ａは点にで屈折され、点Ｎに至り
、さらに屈折されて点Ｏ′に至る。ここで、説明を簡単
にするために、透明板１４の上面と下面を平行とする。

そして、透明板１４の屈折率をｎ、厚さをｔ、点Ｋにお
ける屈折角をｋとすれば ○Ｏ’　＝　ｋ　Ｎ５ｉｎ　ｌ　ＮＫＥ＝ｔｓｉｎ（α
−ｋ）／ｃａｓｋ　−−−−・・（１）点にでの屈折条
件より ｎ＝５ｉロ　α　／ｓｉｎ　ｋ　−−＝　（２）従って
、ｔ、ｎ、α（透明板１４の傾き角度）を適当に決めれ
ば、集光点のずれＯ○′を所望の大きさにできる。この
００′　を固体撮像素子１２の画素ピンチ（第２図のｐ
）の半分にすれば、解像度を実質的に倍に上げることが
できる。ただし、次に述べる収差によってＯＯ′を画素
ピッチ（ｐ）の半分から多少ずらした方が、読取画像の
品質を向上できる場合がある。

Ｏｏ′　の可変範囲は、透明板１４を傾けることにより
発生する収差によって制約を受ける。この収差について
、第８図によって説明する。

第８図において、透明板１４がレンズ１３の光軸に対し
て垂直に置かれている場合、光線Ａ、Ｂ。

Ｃはそれぞれ点り、Ｅ、Ｆ、さらにＧ、　Ｈ，Ｉを通り
、点０に至る。透明板１４が角度ａだけ傾けられると、
光線Ａ、Ｂ、Ｃは点１．　Ｋ、Ｌ・さらにＭ、Ｎ、Ｐを
通り、点Ｏ′に至る。

しかし、厳密には３本の光線は完全には一点に集光せず
、集光点のずれ、即ち、収差 ε１’＝　ｌ　５２−３１１−１００’　１ε２−Ｉ　
Ｓ２’−３１／　１−１００’　１が生じる。ここで、
Ｓｌ、８１′、Ｓ２．Ｓ２／は、任意に引いた水平線と
、ＰＯ’、　ＭＯ’、ＩＯ’、　Ｇ。

の交点である。

点り、Ｆにおける光線Ｂ、Ｃの入射角をβとする。ここ
でｌＢ２／−８１／ｌは１５２−ｓｌｌのａの符号を逆
にすれば得られるので、光線Ｃに着目し、まずｌ５２−
３１１を算出する。

点Ｆ、Ｌにおける屈折角をｉ、ｉとすると−ｔｓｉｎ　
（α　−ｋ　） ００′−一□　・・・・・・（６） ｏｓ　ｋ ただし これらの式から１．１ε１１をめることが出来る。

また光線Ｂによる収差については、次の式からまる。

Ｓｌ、　’Ｑ１　’＝　ｔｓｉｎ（β−ａ　−７１）　
／Ｃｏｓβｃｏｓ　Ｉ２−−　（７）Ｓ１／Ｑ１′−８
２Ｑ１　・・・・・・（８）ただし ｎ＝５ｉｎ（β−ａ）　／Ｓｉｎ　ｌ　・−＝　（９）
ここで、”１　’Ｑ１　’＜５ＩＱ１　であるから１ε
１１〉１ε２１ となる。

この関係を図示すると第９図のようになる。同図におい
て、ＴＴ／は結像面である。収差１ε１１は１０′Ｔ１
１に相当し、１ε２１は１０′Ｔ２１に相当する。大き
い方の収差１ε１１が画像の解像度を悪化させるから、
ｏｏ′の可変範囲はこの１ε１１によって制限される。

なお、以上は光軸付近に結像される場合についての説明
であるが、光線Ｂ、Ｃの光軸となす角度を等しくβとし
ないで、様々に変化させることにより、光軸から外れた
位置に結像する場合の収差もめることが出来る。１だ、
説明を簡単にするために、透明板１４をレンズ１３の光
軸と垂直な位置にある時を基準として、角度αを定義し
たが、透明板１４を最初から傾けて置くことも出来る事
は当然である。

ここで、１ε　＋ε　１の許容範囲は、装置の必要　２ とする解像度と、上記式（３）〜（６）からめられる。

具体的な数値例を示すと、固体撮像素子１２として２０
４８個の受光素子を持つＣＯＤを用い、８４判を読み取
るようにレンズ１３等の位置を定めた場合、従来であれ
ば解像度は８画素／胴となる。同様な条件でｔ　＝２聴
、ｔ＝１．５．直径３０陶のガラス板を透明板１４とし
て設け、この透明板を振動角１．２°で振動させると、
１６画素／岨の解像度で原稿画像を読み取ることができ
た。このとき、ＣＣＤ上の像の移動量は受光素子ピッチ
１４μｍに対して７μｍとなるが、これに対し収差は０
．０２μｍと十分小さく、実用上１つたく問題はない。

なお、上記実施例においては透明板をレンズと固体撮像
素子との間に配置したが、レンズと原稿との間に配置す
るようにしてもよい。ただし、上記実施例のように透明
板を配置した方が、透明板の大きさを小さくすることが
でき、その振動系の機械的慣性を減らすことができる。

読取速度を上げるには透明板の振動速度も士げる必要が
あるが、その場合、振動系の機械的慣性が小さい方が振
動板の駆動が容易となる。

発明の効果 本発明によれば、（イ）対物レンズの光軸上に配置した
透明板を振動させるという簡単な構成によシ、撮像素子
の解像度の倍の解像度で画像を読み取ることができ、（
ロ）撮像素子の画素ピンチを減少させることにより同等
の解像度を得る場合に比べ、感度を上げることができ、
（ハ）複数の撮像素子およびレンズを用いる場合に比べ
、面倒な位置調整工数を減らし、また部品点数も減らす
ことができ、従って読取装置の製造コストを引き下げる
ことができる、等の効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に関係する読取装置の〜般的構成を示す
概略平面図、第２図はＣＯＤの基本構成を示す概略平面
図、第３図は読取装置の従来例を示す概略平面図、第４
図は本発明の一実施例による読取装置の概略平面図、第
５図ないし第９図は透明板の作用説明図である。 １１・・・・・・原稿、１２・・・・・・固体撮像素子
、１３・・・・・・レンズ、１４・・・・・・透明板、
１５・・・・・・軸（支点）、１６・・・・・・電磁石
、１７・・・・・・磁性板、８・川・・駆動回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名＠　
１　図 第２図 ’ＩＮ　３図 第　４８ｉｌ 第５図 Ｏ 第６図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 撮像素子と、この撮像素子に像を結像させるレンズと、
   このレンズの光軸上に配置された透明板と、上記レンズ
   の光軸に対する上記透明板の角度を周期的に変化させる
   手段とを具備する読取装置。