KR100459262B1 - 화상 판독장치 - Google Patents

Abstract

조명 시스템, 판독 유닛 및 조명 시스템에 의해 판독 유닛의 표면에 비춤으로써 원고면에 형성된 화상과 같은 정보를 촬상하기 위한 촬상 광학계를 포함한 화상 판독장치가 개시되어 있다. 상기 촬상 광학계는 원고면 측으로부터 부의 굴절력의 제 1 렌즈군 , 정의 굴절력의 제 2 렌즈군 및 부의 굴절력의 제 3 렌즈군를 이 순서로 포함하고 있다. 상기 화상판독장치는 상기 촬상 광학계의 렌즈군 중에 적어도 하나의 이동에 의거한 초점위치 조정기능과 초점거리 변화기능을 가지고 있다. 상기 촬상 광학계에서는, R은 상기 화상 판독장치의 주주사 방향으로 단일선 마다의 해상도이고, K는 상기 판독 유닛의 화소 크기이며, F는 최대 촬상 배율에서 촬상 광학계의 F 수일 경우에, 조건 0.0 < RxK / F < 1.00 을 만족한다.

Description

화상 판독장치 {IMAGE READING APPARATUS}

본 발명은, 화상판독장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 예를 들면, 본 발명은 화상 스캐너, 필름 스캐너 및 디지털 복사기 등의 디지털 화상판독장치를 적절하게 적용하고, 화상의 상과 같은 정보를 예를 들면, 라인센서(CCD)를 이용함으로써 판독하는 것에 관한 것이다.

종래에는, 종이의 화상 또는 필름에 형성된 화상과 같은 정보를 판독하고, 상기 데이터를 디지털 화상과 같은 정보로서 컴퓨터에 기억하기 위한 장치로 알려진 화상스캐너 또는 필름스캐너가 있다.

스캐너 장치에 사용되는 화상판독 렌즈에 관해서는, 왜곡수차(distortion aberration) 및 색수차(chromatic aberration)가 잘 교정되고, 경계 광의 양의 감소가 적은 것이 바람직하다. 또한, 화상의 상과 같은 정보를 판독하는 바로 그 목적을 위해서는 보통, 약 -0.1 내지 -1.2(단위 배율)의 비교적 저배율 범위인 횡방향 배율을 가져야만 한다. 더욱이, 최근의 소형화의 관점에서 요구되고 있는 광학계의 배치의 소규모화를 하기 위해서는, 광학계의 배치를 결정하는 투영렌즈(화상판독렌즈)가 더 넓은 각을 가져야만 한다.

부가적으로, 상기 요구되는 해상도는 증가되고 있으며, 이에 대처하기 위해서, 상기 광학계가 보다 고해상도를 가져야한다. 그러나, 디피아이(dpi: dot per inch)는 최근에 증가되고 있고, 성능의 한층 더한 개선이 회절한계로 인하여 매우 어려워지고 있다.

광학계의 배율을 확대함으로써, 이러한 어려움을 회피하기 위한 수단이 가능하다. 예를 들면, 고배율을 가지는 렌즈를 추가하거나 또는 물체와 화상의 거리가 변배하기 위해서 변화될 수 있다. 또한, 렌즈계의 렌즈 사이의 상기 간격이 상기 배율을 변경하도록 변화될 수 있다.

그러나, 최근에 요구되는 소형화 및 소규모화의 관점으로부터, 분리렌즈의 추가 또는 물체와 화상의 거리를 변경하기 위한 구조를 사용하는 것은, 전체적인 규모의 확대의 원인이 되기 때문에, 그 관점에 모순된다.

이러한 것을 고려하여, 렌즈계의 렌즈 간격을 변화하는 것(즉 변경 가능한 배율렌즈를 사용하는 것)에 의해 가장 좋은 해상도가 가능하다. 이러한 변배 가능한 렌즈를 사용한 화상판독장치는 일본 특허공개공보 63-60886호(미국 특허 4,585,314호), 일본 특허공개공보 9-113804호(미국 특허 5,764,426호), 일본 특허공개공보 9-329745호 및 일본 공개특허공보 10-206735호에 제안되고 있다.

일본 특허공개공보 9-113804호에는 물체 측으로부터 부의 제 1렌즈군 및 정의 제 2렌즈군을 이 순서로 포함하는 변배 가능한 광학계가 개시되어있고, 상기 제1렌즈군과 상기 제 2렌즈군과의 사이의 간격이 전체 렌즈계의 초점거리를 변경하도록 변화가 가능하다.

일본 특허공개공보 9-329745호는 물체 측으로부터 부의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군 및 정의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군을 이 순서로 포함하는 변배 가능한 렌즈가 개시되어 있고, 상기 제 2렌즈군 만이 상기 광축 방향으로 상기 제 1렌즈군의 이동이 없이 광축 방향으로 이동하고, 이에 의해 일정한 위치에서 화상 평면을 유지하면서 촬상 배율이 변화된다.

그러나, 상기 광학계는 왜곡배율이 매우 커서 화상판독에 사용하는 렌즈로서의 성능이 불충분하다고 하는 불편함을 이들 공보에 포함하여 공보에 개시되었다. 또한, 비용의 감소가 불충분한 것이 종래 기술에 관하여 이들 공보에 개시되어 있지만. 80이상의 아베수(abbe number)를 가지는 상당히 고가의 이례적인 분광유리 재료가 그 실시예에서 사용되는 모순이 있다.

일본 특허공개공보 10-206735호는 확대 측으로부터 부의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군, 정의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군 및 부의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군을 이 순서로 포함하는 3군 구성의 줌 렌즈가 개시되어 있고, 상기 변배를 행하기 위하여 이들 렌즈군을 이동한다.

그러나, 본 명세서에 개시된 구성에서는, 상기 변배에 따라 상기 색수차(chromatic aberration)가 많이 변경된다. 일정한 줌 위치에 관하여 양호한 성능을 얻을 수 있는 경우에도, 가장 좋은 초점 위치결정은 상기 색수차로 인한 상기 변배에 의해 변화될 수 있다. 이 때문에 상기 화상판독에 사용되는 렌즈의 성능으로서 불충분하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 촬상 광학계가 초점거리 변화수단과 초점거리 조정수단을 구비하고, 적절하게 구성요소를 설정함으로써, 고해상도로 화상판독이 확보되는 화상판독장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 변배에 관계없이 만족할 만한 광학성능인 1200 dpi 이상의 해상도를 가지는 화상판독장지를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 렌즈계의 단면도.

도 2a 및 도2b는 본 발명의 제 1 실시예의 광각단 및 망원단에서의 수차 설명도.

도 3a 및 도3b는 본 발명의 제 2 실시예의 광각단 및 망원단에서의 수차 설명도.

도 4a 및 도4b는 본 발명의 제 3 실시예의 광각단 및 망원단에서의 수차 설명도.

도 5a 및 도5b는 본 발명의 제 4 실시예의 광각단 및 망원단에서의 수차 설명도.

도 6a 및 도6b는 본 발명의 제 5 실시예의 광각단 및 망원단에서의 수차 설명도.

도 7은 본 발명의 제 1실시예에 의한 화상판독 장치의 주요 부분의 개략도.

<간단한 도면 부호에 대한 설명>

71.P: 원고 Q: 화상평면(CCD)

SP: 조리개 C: CCD용 커버 유리

G1: 제 1 렌즈군 G2: 제 2 렌즈군

G3: 제 3 렌즈군 72:원고용 테이블 유리

73: 반사 커버판 74: 조명 광원

75,76,77,78: 반사경 79: 촬상광학계

80: 판독수단 81: 캐리지

82: 주 유닛 83: 가압판

본 발명의 일 측면에 따라, 조명수단; 판독수단; 및 상기 조명수단에 의해 상기 판독수단의 표면에 비춤으로써 원고면에 형성된 화상과 같은 정보를 촬상하기 위한 촬상 광학계를 포함하는 화상판독장치로서, 상기 촬상 광학계는 원고면 측으로부터 부의 굴절력의 제 1렌즈군 , 정의 굴절력의 제 2렌즈군 및 부의 굴절력의 제 3렌즈군을 이 순서로 포함하고 있는 화상판독장치에 있어서, 상기 화상판독장치는, 상기 촬상 광학계의 렌즈군 중에 적어도 한 렌즈군의 이동에 의거한 초점위치 조정기능과 초점거리 변화기능을 가지고; R는 상기 화상 판독장치의 주주사 방향으로 단일선 마다의 해상도이고, K는 상기 판독 유닛의 화소 크기이며, F는 최대 촬상배율에서 촬상 광학계의 F 수일 경우에, 조건 0.0 < RxK / F < 1.00 을 만족하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치를 제공한다.

본 발명의 이러한 측면의 하나의 바람직한 형식에서는, 상기 제 1렌즈 군이 변배에 대해서 고정상태를 유지하고, 상기 초점 거리는 광축방향으로 제 2렌즈군과제 3렌즈군 중에 적어도 한 렌즈군의 이동에 의해 변배가 가능하고, 상기 초점 위치결정은 제 2렌즈군과 제 3렌즈군 중에 적어도 한 렌즈군의 이동에 의해 조정 가능하다.

상기 제 1렌즈군이 판독수단 측에 대향하는 오목면을 가지는 부의 제 1렌즈 및 정의 제 2렌즈를 포함하고, 상기 제 2렌즈군은 정의 제 1렌즈, 정의 제 2렌즈, 부의 제 3렌즈 및 정의 제 4렌즈를 포함하고, 상기 제 3렌즈군은 부 또는 정의 제 1렌즈 및 부의 제 2렌즈를 포함한다.

변배는, 제 2렌즈군 및 제 3렌즈군을 이동함으로써, 망원단에서의 제 1렌즈군과 제 2렌즈군 사이의 간격이 광각단에서의 제 1렌즈군과 제 2렌즈군 사이의 간격보다 작아지도록 하고, 망원단에서의 제 2 렌즈군과 제 3 렌즈군 사이의 간격이 광각단에서의 제 1렌즈군과 제 2렌즈군 사이의 간격보다 작아지도록 수행 가능하다.

상기 초점 위치결정은 제 1렌즈군 내지 가장 가벼운 무게를 가지는 제 3렌즈군 중에 한 렌즈군의 이동에 의해 조정이 가능하다.

상기 초점 위치결정이 제 2렌즈군의 이동에 의해 조정가능하고, F2는 상기 제 2렌즈군의 초점거리이고, Lt는 망원단에서 i)제 1렌즈군과 제 2렌즈군 사이의 간격과 ii) 제 2렌즈군과 제 3렌즈군 사이의 간격 중에서, 좁은 쪽의 간격인 경우에,

0.004 < Lt / F2 < 0.10의 조건을 만족시킨다.

상기 초점거리 위치결정이 상기 제 3렌즈의 이동에 의해 조정 가능하고, F3는 상기 제 3렌즈군의 초점거리이고, Lt2는 망원단에서의 제 2렌즈군과 제 3렌즈군 사이의 간격일 경우에,

-0.015 < Lt2 / F3 < -0.01의 조건을 만족시킨다.

Fi는 i번째 렌즈군의 초점거리이고, Fw 및 Ft는 각각, 광각단 및 망원단에서 전체 계의 초점거리이고, BFw는 광각단에서 최종 렌즈면으로부터 상기 판독수단까지의 거리인 경우에,

-0.5 < F2 / F1 < -0.2 및 0.3 << 0.9 의 조건을 만족시킨다.

상기 화상판독장치는 1200 dpi 이상의 해상도를 가질 수 있다.

본 발명의 이들 목적 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부하는 도면과함께 취한 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 설명을 고려하여 보다 명확하게 될 것이다.

< 실시예 >

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 관련하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 화상판독장치에 사용되는 촬상광학계(원고 판독렌즈)의 제 1 실시예에 의한 렌즈계의 단면도이다. 도 2, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명의 화상판독장치에 사용되는 촬상광학계의 제 1실시예 내지 제 4실시예의 수차를 도시한다.

본 명세서에서, CCD의 화소의 방향(세로 방향)이 배열한 된것은 주주사 방향으로 부르고, 그것에 직각의 방향을 부주사 방향으로 부른다.

렌즈 단면도에서, 좌측은 원고(P)의 표면에 대향하는 확대 측(확대된 결합점)에 대응하는 반면에, 우측은 화상 평면(Q)(CCD 등의 판독요소)에 대향하는 축소 측(축소된 결합점)에 대응한다. 상기 도면에서, 상기 화상평면(Q)바로 앞에 CCD용 커버 유리 또는 전면판(face plate)이 있다.

도 1에서 초점거리 변화수단 및 초점거리 위치결정 조정수단을 구비한 촬상광학계(화상판독렌즈)를 (PL)로 표시한다. 그것은 판독수단 표면(Q)에, 예를 들면, Xe(크세논)램프 등의 광원에 의해 비춰짐으로써 원고면(P)에 형성된 화상과 같은 정보를 촬상한다. 화상과 같은 정보가 형성된 원고면을 (P)로 표시한다. 판독수단으로서 기능을 하는 라인센서(CCD)를 (Q)로 표시한다. 조리개는 (SP)로, CCD용 커버유리 또는 페이스 시트(face sheet)는 (C)로 표시한다.

도 1에 도시된 제 1실시예의 상기 촬상광학계는 3개의 렌즈군을 즉, 원고면(P)로부터 부의 굴절력을 가지는 제 1렌즈군(G1), 정의 굴절력을 가지는 제 2렌즈군(G2) 및 부의 굴절력을 가지는 제 3렌즈군(G3)을 이 순서로 포함한다.

상기 제 1렌즈군(G1)은 원고(P)측에 대향하는 표면 및 정의 제 2렌즈(12렌즈)와 비교하여 판독수단(Q)에 대향하는 굴절력이 강한 오목면을 가지는 부의 제 1 렌즈(11 렌즈)를 포함한다. 상기 제 2렌즈군(G2)은 정의 제 1렌즈(21 렌즈), 정의 제 2렌즈(22 렌즈), 부의 제 3렌즈(23) 및 정의 제 4렌즈(24)를 포함한다. 상기 제 3렌즈군(G3)은 부 또는 정의 제 1렌즈(31 렌즈) 및 부의 제 2렌즈(32)를 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 상기 촬상광학계는 초점거리 변화수단 및 초점 위치결정 조정수단을 구비하고 있다. 변배에 대해서는, 상기 제 1렌즈군(G1)이 고정된 상태를 유지하는 동안에, 상기 제 2렌즈군(G2) 및 제 3렌즈군(G3)가 광축 방향으로 이동되고, 이에 의해 변배를 행한다. 또한, 제 2렌즈군(G2) 및/또는 제 3 렌즈군(G3)는 상기 초점 위치결정을 조정하도록 이동된다. 본 실시예에서, 이러한 구성에 의해 변배로 발생되는 색수차의 변화에 기인하는 초점위치 오차, 상기 광축 방향과 관련하여 원고 위치의 위치결정 편차 및 제조 오차에 의한 초점위치 결정 오차를 교정할 수 있다.

본 실시예에서, 광각단으로부터 망원단까지의 변배에 대해서는, 제 1렌즈군(G1)과 제 2렌즈군(G2)사이의 간격과, 제 2렌즈군(G2)과 제 3렌즈군(G3)사이의 간격 모두 좁아지는 방식으로, 상기 제 2렌즈군(G2) 및 제 3렌즈군(G3)을 이동한다.

또한, 본 실시예에서, 상기 초점위치 결정조정에 사용되는 렌즈에 관해서는, 중량이 가장 가벼운 렌즈군(명확하게, 제 2렌즈군(G2) 또는 제 3렌즈군)중에 한 렌즈군을 사용한다.

관습적으로, 렌즈의 큰 초점 깊이 때문에, 초점 위치결정 조정수단이 필요 없게된다.

보다 상세하게는, 렌즈의 횡방향 배율이 β인 경우에, 상기 초점방향으로 배율 (종방향배율)(α)은 α=β×β로 표현된다. 따라서, 상기 배율( β)이 -0.189인 경우에, 이 렌즈에서 1mm만큼의 상기 원고 위치결정의 변화는, 상기 화면 평면상에0.036mm의 이동을 일으킨다. 즉, 화면 평면상의 1mm의 변화는 원고상의 28mm의 변화에 상당한다. 이것은 상기 화상평면에서 초점의 깊이가 0.1mm이면, 상기 원고면의 2.8mm의 변화가 아직도 상기 초점 깊이 이내에 있게 된다는 것을 의미한다.

그러나, 최근 1200 dpi 이상의 해상도로 개선되었기 때문에, 초점위치로부터 편차가 큰 경우에, 초점깊이 이내에 있더라도, 판독화상이 무디게 되는 문제가 있다. 본 실시예에서, 이것을 고려하여, 상기 제 2렌즈군(G2) 및/ 또는 제 3렌즈군(G3)이 초점 위치결정 조정기능을 구비한다.

상기 초점 위치결정을 조정하는 렌즈군의 위치이동으로 인해 약간의 변배를 일으킨다. 그러나, 변배량은 매우 적고, 많은 경우에 그것은 문제를 일으키지 않는다. 물론, 이 문제를 교정하기 위해서는, 상기 렌즈군의 위치결정의 변화에 의한 전기적인 변배량을 교정하는 수단이 사용 될 수 있다. 개별의 렌즈를 소정의 형상으로 형성함으로써, 제 1렌즈군(G1)의 후 주점(rear principal point)이 상기 원고면(P)측에 가까워지고, 이로 인해 렌즈직경의 확대를 회피한다.

본 발명에서는, 이와 같이, 고해상도에서 상기 투영광학계(PL)의 사용을 설정하기 위한 필요 조건으로서, 아래 조건식(1)을 만족시킨다. 상기 촬상 광학계(PL)가 3군으로 구성되고, 상기 초점 위치결정 조정기능은 상기 제 2 렌즈군(G2) 또는 상기 제 3렌즈군(G3)에 의해 형성된다. 부가적으로, 보다 바람직하게는, 아래의 조건식 (2) 내지 조건식(5)중에 적어도 한 조건식을 만족시킨다.

즉, 본 실시예에서 상기 구성요소를 다음 조건식을 만족하도록 설정 한다:

0.01 < R x K / F < 1.0 ....(1)

0.04 < Lt / F2 < 0.10 ....(2)

-0.15 < Lt2 / F3 < -0.01 ....(3)

- 0.5 < F2 / F1 < -0.2 ....(4)

....(5)

여기서, R(dot/mm)은 상기 화상판독장치의 주주사 방향으로 단일 선 마다의 해상도이고; K는 상기 판독수단(센서)의 화소크기이고; F는 가장 큰 배율에서 상기 촬상 광학계(PL)의 F수이고; Lt는 망원단에서 i)제 1렌즈군(G1)과 제 2렌즈군(G2)사이의 간격과 ii) 제 2렌즈군(G2)과 제 3렌즈군(G3) 사이의 간격 중에서, 좁은 쪽의 간격이고; Lt2는 망원단에서 제 2렌즈군(G2)과 제 3렌즈군(G3)사이의 간격이고; Fi는 i번째 렌즈군(Gi)의 초점거리이고; Fw 및 Ft는 각각, 광각단 및 망원단에서 전체계의 초점거리이고; BFw는 광각단에서의, 최종 렌즈면으로부터 상기 판독수단(Q)까지의 거리(최종 렌즈면 및 상기 판독수단(Q)사이에 전면판(face plate) 등이 있는 경우, 공기에 관하여 환산될 수 있음)이다.

조건식 (1) 내지 조건식 (5)의 기술적인 중요성은 이하 설명한다.

조건식 (1)은 상기 판독장치와 그것에 장착된 촬상 광학계의 사이에 결합을 확보할 수 있다. 상기 해상도(R)는 밀리미터 당 도트 수를 의미하도록 dpi에서 인치 단위를 밀리미터 단위로 변환한 것을 칭한다. 단위계가 다른 경우에도, 표현되는 것은 동일하다. 또한, 소위 "화소 슬리핑(slipping)"을 행하는 경우에, 슬리핑 이전에 단일선 마다의 해상도는 R로 주어진다. 심벌(K)은 CCD 또는 CMOS 등의 센서의 화소크기를 나타낸다.

상기 촬상 광학계의 F수(Fno)가 조건식 (1)의 하한치를 넘어서 어두어지거나, 상기 센서의 화소크기가 작아지는 경우에, 고해상도 판독에 대해서는, 회절에 의해 MTF의 막대한 감소를 발생시키고, 더 이상의 충분한 해상도를 달성 할 수 없다. 이와 같이 발생하면, 상기 초점 위치결정 조정수단이 작동하는 경우에도, 만족할만한 해상도가 가능한 위치결정이 불가능하다. 따라서, 상기 초점 위치결정 조정수단 자체의 구비는 의미 없게 된다. 그와 반대로, 상기 F수(Fno)가 조건식 (1)의 상한을 넘어서 밝게 되면, 상기 초점 위치결정 조정수단에 의해 발생된 초점 위치결정의 적은 오차로도 상기 MTF 반응을 얻을 수 없도록 상기 MTF의 반응이 피크가 된다. 더욱이, 상기 센서의 화소크기가 너무 커지면, 센서길이 자체의 확대의 원인이되고, 이것은 촬상 광학계의 규모의 확대 또는 상기 센서의 비용의 증가를 일으킨다.

사실상, 이러한 불편함은 1200 dpi이상의 고해상도의 경우에는 현저하게 나타나게 된다.

위에서 언급한 피크반응은, 디포커스(defocus)를 가로축으로 하고, MTF를 세로 축으로 한 그래프에서, 디포커스가 작게 변해도 MTF가 급격하게 변화하는 현상을 말한다.

조건식 (2)는 제 2렌즈군에 의해 초점 위치결정을 조정할 경우에, 렌즈군 간격과 제 2렌즈군의 초점거리 사이의 비와 관계가 있다. 그것은 한편으로는 상기 전체 렌즈계의 소형화를 확보할 수 있게 하고, 다른 한편으로는 초점 위치결정을조정하는 동안에도 충분한 간격(clearance)을 유지 할 수 있다. 상기 렌즈군의 간격이 조건식 (2)의 하한치를 넘어 더 좁아지거나 또는 제 2렌즈군의 초점거리가 더 길어져서 이동 량의 증가를 일으키고, 다음에, 원고의 위치결정 변화에 의한 초점 위치결정의 변화 또는 제조 오차로부터 발생한 망원단 위치결정의 변화가 상기 렌즈군의 간섭을 초래하게 된다. 이에 반하여, 상기 렌즈군 간격이 상기 조건식 (2)의 상한치를 초과하여 더 넓어지는 경우에, 상기 전체의 렌즈계가 부피가 커지게 된다. 또한, 상기 제 2렌즈군의 초점거리가 상한치를 넘어 짧아지게 되는 경우, 상기 제 2렌즈군의 위치결정 감도의 증가 때문에 수차의 열화 또는 렌즈 조리개 위치결정의 정밀도에 대한 공차가 좁아지는 문제가 발생한다. 조건식 (3)은 조건식 (2)와 마찬가지이고, 상기 제 3렌즈군에 의해 상기 초점 위치결정이 조정 가능한 경우에, 상기 렌즈군 간격과 상기 제 3렌즈군의 초점거리 사이의 비와 관계가 있다. 그것은 한편으로는 상기 전체 렌즈계의 소형화를 확보할 수 있게 하고, 다른 한편으로는 초점 위치결정을 조정하는 동안에도 충분한 간격(clearance)을 유지 할 수 있다. 상기 렌즈군의 간격이 조건식 (3)의 상한치를 넘어 더 좁아지거나 또는 제 3렌즈군의 초점거리가 더 길어져서 이동 량의 증가를 일으키고, 다음에, 원고의 위치결정 변화에 의한 초점 위치결정의 변화 또는 제조 오차로부터 발생한 망원단 위치결정의 변화가 상기 렌즈군의 간섭을 초래하게 된다. 반대로, 상기 렌즈군 간격이 상기 조건식 (3)의 하한치를 넘어 더 넓어지는 경우에, 상기 전체의 렌즈계가 부피가 커지게 된다. 또한, 상기 제 3렌즈군의 초점거리가 상한치를 넘어 짧아지게 되는 경우, 상기 제 3렌즈군의 위치결정 감도의 증가 때문에 수차의 열화 또는 렌즈 조리개 위치결정의 정밀도에 대한 공차가 좁아지는 문제가 발생한다.

조건식 (4)는 제 1렌즈군과 제 2렌즈군 사이의 초점거리의 비에 관계가 있고, 계 전체의 소형화를 확보할 수 있고, 또한 왜곡수차를 충분히 교정할 수 있다. 상기 제 1렌즈군의 초점거리가 조건식 (4)의 상한치를 넘어 더 길어지는 경우, 상기 제 1렌즈군이 더 커지게 되고, 왜곡수차가 더 악화된다. 상기 제 1렌즈군의 초점거리가 조건식 (4)의 하한치를 넘어 더 짧아지고, 제 1렌즈군의 왜곡수차가 악화되면, 이를 교정하기 위하여, 상기 전체 렌즈계가 확대되어야 한다.

조건식 (5)는 망원단에서 최종 렌즈 면으로부터 화상평면까지 공기에 관하여 환산되는 후초점과 광각단 및 망원단의 중간에서의 렌즈계 전체의 초점거리와의 비와 관계가 있다. 그것은, 한편으로는, 전체 계의 소형화를 확보하고, 다른 한편으로는, 초점 위치결정을 조정한 결과로부터 수차변화를 감소시킬 수 있다. 상기 후초점(back focus)이 조건식 (5)의 하한지를 넘어 더 짧아지게 되면, 상기 제 3렌즈군이 확대되고, 축외(off-axis)광속(light flux)이 통과하는 망원단의 인접부근에 위치결정이 크게 변하게 된다. 이에 의해 수차의 변동을 크게 일으키게 된다. 상기 후초점이 상기 하한치를 넘어 더 짧아지게 되면, 물체에서 화상까지의 거리는 확대되고, 전체 렌즈계는 크게 된다. 반대로, 상기 각이 넓어지는 것에 의해 조건식 (5)의 상한치가 초과되면, 수차의 변동을 크게 하는 원인이 되어, 축외 광속이 통과하는 위치결정이 크게 변하게 된다.

본 실시예에서, 보다 바람직하게는 조건식 (1)내지 조건식 (5)에 대한 수치범위를 다음과 같이 설정할 수 있다.

0.01 < R x K / F < 0.5 ....(1')

0.05 < Lt / F2 < 0.09 ....(2')

-0.12 < Lt2 / F3 < -0.01 ....(3')

- 0.45 < F2 / F1 < -0.2 ....(4')

....(5')

본 실시예에서, 상술한 바와 같이, 초점거리 변화수단을 가진 상기 촬상 광학계(PL)는 각종 오차 인자 또는 dpi의 증가에 의해 요구되는 것과 같은 초점 위치결정 조정수단에 대한 강력한 요구사항으로 인한 초점 위치결정의 편차를 완전히 대처할 수 있는 초점 위치결정 조정수단을 구비하고 있다.

이와 같이 , 본 실시예에 의해, 1200 dpi 이상의 화상판독 장치에서도 초점 위치결정 조정을 만족할만하게 달성할 수 있다.

더욱이, 본 실시예에서, 제 1렌즈군(G1)의 크기의 감소를 대처할 수 있는 부의 굴절력을 가지는 렌즈군에 의해 제 1렌즈군을 구성한다. 또한, 본 실시예에서, 상기 촬상광학계(PL)은 원고면(P)측으로부터 부의 굴절력의 제 1렌즈(G1), 정의 굴절력의 제 2렌즈(G2) 및 부의 굴절력의 제 3렌즈군(G3)을 이 순서로 구성된다. 이에 의해, 후초점 및 렌즈 전체 길이의 감소를 확보한다. 더 나아가서, 본 실시예에서는, 상기 변배 기능 및 상기 초점 위치결정 조정기능이 제 2렌즈군(G2) 및 제 3 렌즈군(G3)의해 주어진다. 이에 의해 상기 촬상 광학계의 크기룰 효과적으로 감소시킨다. 또한, 본 실시예에서는, 상기 촬상 광학계(PL)는 상술한 바와 같이 구성되고, 이에 의해 소형화 및 수차의 양호한 교정을 효과적으로 확보한다.

또한, 본 실시예에서는, 다른 쪽보다 무게가 가벼운 렌즈군(제 2렌즈군 또는 제 3렌즈군)중에 한 렌즈군에 의해 상기 초점위치결정 조정을 행한다. 이것은 모터 등의 구동수단의 부하를 효과적으로 감소시킬 수 있고, 보다 작은 크기의 구동수단을 사용할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 1실시예 내지 제 5실시예에 대응하는 수치예제 1 내지 수치예제 5를 설명한다. 수치예제 1내지 수치예제 5에서, Ri는, 상기 원고면으로부터 순서로 i번째 렌즈면의 곡률반경이고, Di는, 상기 원고면으로부터 순서로 i번째 광학소자 또는 대기 공간의 두께이고, Ni 및 i는 상기 원고면으로부터 순서로 각각 i 번째 광학소자의 굴절지수 및 아베 수(abbe number)이다. 비구면 형상에 관해서는, X축을 상기 광축 방향 위에 취하고, H축을 광축에 수직인 방향으로 취할 때, 빛의 진행방향을 양의 방향으로 취하고, r은 근축(paraxil) 곡면 필드이고, B, C 및 D는 각각, 비구면 계수인 경우. 다음과 같이 표현 될 수 있다.

원고 테이블 유리와 제 1렌즈 사이의 대기간격은 생략되어 있다. 또한, f는 전체 계의 초점거리이고, FNo는 화상거리가 무한대인 경우 F 수이고, 촬상배율(화상판독배율)이고, R18 내지 R19는 CCD의 커버 또는 보호 유리면을 나타낸다.

또한, 위에서 설명된 수치 예제의 조건식과 수치의 값 사이의 관계를 표 1에나타낸다.

수치 예 1

f=31.67 - 49.885 FNo=5.41 - 7.06 β=-0.189 - -0.378

R1=3718.199 D1=2.00 N1=l.83400 ν1=37.2

R2=29.332 D2=6.92

R3=31.269 D3=3.69 N2=1.84666 ν2=23.8

R4=59.256 D4= 변수

R5=25.443 D5=3.44 N3=1.58913 ν3=61.1

R6=-142.037 D6=0.20

R7=17.326 D7=3.25 N4=1.60311 ν4=60.6

R8=45.871 D8=0.56

R9=-149.911 D9=5.82 N5=1.67270 ν5=32.1

R10=13.299 D10=1.80

R11=조리개(SP) D11=0.32

R12=18.091 D12=3.42 N6=1.488749 ν6=70.2

R13=-56.815 D13= 변수

R14=-33.700 D14=6.04 N7=1.80518 ν7=25.4

R15=-24.938 D15=6.87

R16=-12.702 D16=4.70 N8=1.74949 ν8=35.3

R17=-24.000 D17=-O.20

R18=∞ D18=0.70 N9=1.51633 ν9=64.2

R19=∞

변수 간격＼β : -0.189 -0.378

D4: 25.331 2.013

D13: 7.041 1.613

해상도: 2400dpi, 화소크기:4㎛

수치 예 2

f=33.373 - 52.505 FNo=5.51 - 7.21 β=-0.189 - -0.378

R1=-1605.402 D1=2.50 Nl=1.83400 ν1=37.2

R2=32.149 D2=7.28

R3=33.069 D3=3.53 N2=1.84666 ν2=23.8

R4=62.382 D4= 변수

R5=30.379 D5=4.45 N3=1.69680 ν3=55.5

R6=-151.690 D6=0.20

R7=18.945 D7=4.13 N4=1.60311 ν4=60.6

R8=43.571 D8=0.64

R9=-107.861 D9=5.85 N5=1.7211 ν5=29.2

R10=16.102 D10=1.38

Rl1=조리개(SP) D11=1.90

R12=23.480 D12=5.79 N6=1.48749 ν6=70.2

R13=-40.624 D13=변수

R14=-42.720 D14=5.00 N7=1.76182 ν7=26.5

R1S=-29.749 D15=6.00

R16=-14.663 D16=2.50 N8=1.65844 ν8=55.9

R17=-30.572 D17=0.00

R18=∞ D18=0.70 N9=1.51633 ν9=64.2

R19=∞

변수 간격＼β:-0.189 -0.378

D4: 25.629 2.039

D13: 8.546 2.186

해상도: 1200dpi, 화소크기: 8㎛

수치 예 3

f=36.529 - 52.057 FNo=5.03 - 6.87 β=-0.189 - -0.321

R1=-1605.85 Dl=2.50 N1=1.83400 ν1=37.2

R2=32.222 D2=6.53

R3=32.095 D3=3. 21 N2=1.84666 ν2=23.8

R4=59.983 D4= 변수

R5=35.463 D5=3.16 N3=1.69680 ν3=55.5

R6=-122.786 D6=0.20

R7=19.470 D7=3.58 N4=1.60311 ν4=60.6

R8=47.777 D8=1.00

R9=-92.035 D9=6.47 N5=1.69895 ν5=30.1

R10=17.159 D10=1.54

R11=조리개(SP) D11=2.37

R12=23.600 D12=6.41 N6=1.48749 ν6=70.2

R13=-36.917 D13= 변수

R14=-109.559 D14=3.55 N7=1.69895 ν7=30.1

R15=-56.190 D15=3.45

R16=-14.456 D16=4.04 N8=1.51633 ν8=64.2

Rl7=-38.523 D17=0.00

R18=∞ D18=0.70 N9=1.51633 ν9=64.2

R19=∞

변수 간격＼β: -0.189 -0.321

D4: 19.898 2.279

D13: 11.968 7.660

해상도: 2040dpi, 화소크기: 4㎛

수치 예 4

f=37.338 - 53.270 FNo=5.54 - 6.81 β=-0.189 - -0.321

R1=2410.960 D1=2.23 N1=1.83400 ν1=37.2

R2=32.355 D2=6.47

R3=32.938 D3=3.21 N2=1.84666 ν2=23.8

R4=58.559 D4= 변수

R5=29.051 D5=5.39 N3=1.69680 ν3=55.5

R6=-145.181 D6=0.20

R7=18.701 D7=3.91 N4=1.60311 ν4=60.6

R8=37.349 D8=0.91

R9=-90.943 D9=4.80 N5=1.69895 ν5=3O.1

Rl0=17.086 D10=1.98

Rll=조리개(SP) Dl1=1.77

R12=25.356 D12=4.61 N6=1.48749 ν6=70.2

R13=-41.637 D13=변수

R14=-68.143 D14=6.23 N7=1.58306 ν7=30.2

R15=-38.232 D15=3.00

R16=-14.005 D16=4.70 N8=1.49171 ν8=57.4

R17=-32.658 D17=0.OO

R18=∞ D18=O. 70 N9=1.51633 ν9=64.2

R19:∞

비구면:

R15: K =1.97457E+O B=4.64835E-6 C=8.16523E-9 D=-2.36852E-l0

R17: K=3.39286E-l B=-3.59117E-7 C=-3.92157E-9 D=7.22697E-l1

변수 간격＼β: -0.189 -0.321

D4: 21.412 2.847

D13: 10.047 5.802

해상도: 2040dpi, 화소크기: 4㎛

수치 예 5

f=40.865 - 45.272 FNo=2.76 - 2.87 β=-0.5 - -0.7

Rl=130.605 Dl=2.50 Nl=1.74950 ν1=35.3

R2=33.212 D2=6.47

R3=35.003 D3=2.58 N2=1.76182 ν2=26.5

R4=59.804 D4= 변수

R5=28.208 D5=5.89 N3=1.69680 ν3=55.5

R6=-197.406 D6=O.20

R7=22.569 D=5.37 N4=1.60311 ν4=60.6

Ra=35.091 D8=1.12

R9=-117.824 D9=6.47 N5=1.78472 ν5=25. 7

R1O=21.814 D10=1.53

Rll=조리개(SP) D11=2.69

R12=20.782 D12=2.65 N6=1.48749 ν6=70.2

R13=-110.116 D13= 변수

R14=-56.570 D14=2.29 N7=1.58306 ν7=30.2

R15=-20.425 D15=2.27

R16=-12.595 D16=4.70 N9=1.49171 ν8=57.4

R17=-44.903 D17=0.00

R18=∞ D18=0. 70 N9=1.51633 ν9=64.2

R19=∞

비구면:

R5: K=-4.00013E-l B=9.50790E-7 C=1.69737E-9 D=4.47396E-12

R15: K=8.76396E-l B=3.13488E-5 C=-1.51977E-7 D=-2.91064E-9

R17: K=2.62273E+l B=2.37193E-5 C=-3.86405E-7 D=8.19581E-9

변수 간격＼β: -0.50 -0.70

D4: 15.464 2.995

D13: 7.212 6.493

해상도: 2222dpi, 화소크기: 8㎛

조건식 제 1 제 2 제 3 제 4 제 5번호 실시예 실시예 실시예 실시예 실시예

(1) 0.054 0.052 0.047 0.047 0.244(2) 0.056 0.063 0.070 0.088 0.085(3) -0.021 -0.029 -0.114 -0.068 -0.052(4) -0.372 -0.388 -0.387 -0.394 -0.231(5) 0.381 0.392 0.392 0.413 0.756

[ 화상판독장치]

도 7은 디지털 복사기 등의 화상판독장치이고, 상기 수치 예 1 내지 수치 예 5중에 어느 한 수치 예에 의한 촬상 광학계(화상판독렌즈)를 통합시킨 주요부의개략도이다.

원고(71)를 담지 하는 원고용 테이블 유리를 도면에 (72)로 표시한다. (81)은 조명광원(74), 반사 판(73),반사경(75,76,77,78), 촬상 광학계(79), 라인센서 등의 판독수단(80)과 일체적으로 조절되는 캐리지이다. 보조 스캔모터 등의 구동유닛(도시하지 않음)에 의해 원고 상에 화상과 같은 정보를 판독하도록 부주사 방향(도 7의 화살표A의 방향)으로 스캔한다. 상기 조명 광원(74)는 예를 들면, 형광등 또는 할로겐 램프를 포함한다. 반사 커버 판(73)은 효과적으로 화상을 빛추기 위하여 광원(74)으로부터 빛을 반사하게 한다. 제 1 반사경(75),제 2 반사경(76),제 3 반사경(77)및 제 4 반사경(77)은 상기 캐리지(81) 내부에 원고로부터 빛의 경로를 편향하게 하는 기능이 있다. 상기 촬상광학계(79)는 화상판독 렌즈이고, 지금까지 설명된 상기 수치 예 1 내지 수치 예 5중에서 어느 한 수치 예에 의한 구조를 가지고 있다. 촬상광학계는 원고(71)의 화상과 같은 정보에 의거하여, 판독수단(80)의 표면에, 빛을 촬상 한다. 상기 판독수단(80)은 라인센서(CCD)를 포함한다. (82)는 상기 장치의 주 유닛을 나타내고, (83)은 가압판을 나타낸다.

이 실시예에서, 조명 광원(74)으로부터 방출된 빛은 직접 또는 상기 반사 커버(73)를 경유하여 상기 원고를 비춘다. 빛의 경로가 상기 캐리지(81) 내부에서 제 1 반사경(75) 내지 제 4 반사경(78)에 의해 편향되면서 원고(71)로부터 반사된 빛을 향하게 하고, 상기 촬상광학계(79)에 의해 상기 CCD표면(80)에 쵤상된다. 보조 스캔모터에 의해 캐리지(81)를 화살표A의 방향(부주사 방향)으로 이동함으로써, 상기 화상과 같은 정보가 판독된다.

본 실시예에서, 상기 수치 예 1 내지 수치 예 5중의 어느 한 수치 예에 의한 촬상광학계가 일체형(평판 베드형)의 화상판독장치에 적용된다. 그러나, 본 발명은 이것에 의해 제한되지 않는다. 또한, 본 발명은 1:2 주사 광학계를 가지는 화상판독장치에 마찬가지로 적용 할 수 있다.

더 나아가, 본 실시예에서, 상기 수치 예 1 내지 수치 예 5 중의 어느 한 수치 예에 의한 촬상 광학계가 디지털 복사기의 화상판독장치에 적용되며, 본 발명은 이것에 제한되지는 않는다. 그것은 예를 들면, 화상스캐너 및 필름 스캐너 등의 여러 가지 형태의 화상판독장치에 적용할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 촬상 광학계는 초점거리 변화수단과 초점 위치결정 조정수단을 구비하고 있으며, 상기 구성요소를 적절히 설정함으로써 고행상도로 화상을 판독할 수 있는 화상판독장치를 달성할 수 있다.

부가적으로, 본 발명에 따른 촬상 광학계는 부의 제 1 렌즈, 정의 제 2 렌즈 및 부의 제 3 렌즈를 포함할 수 있다. 상기 제 2 렌즈군 및/또는 제 3 렌즈군이 상기 초점 위치결정의 조정을 행하기 위해 움직이면서, 상기 제 2 렌즈군 및 제 3 렌즈군은 상기 변배를 행하도록 이동된다. 이러한 구성에 의해, 소형 촬상 광학계를 구비하고, 매우 높은 해상도로 화상을 판독할 수 있는 화상판독장치를 달성 할 수 있다.

본 발명이 지금까지 개시된 구성에 관하여 설명한 것이지만, 상기 설명된 명세서에 제한되지 않고, 본 출원은 상기 개선의 목적 또는 다음의 클레임의 범위 내에서 발생할 수 있는 수정 또는 변경을 커버하기 위하여 의도된 것이다.

Claims (9)

1. 조명수단과;

   판독수단과;

   조명 시스템에 의해 판독 수단의 표면에 비춤으로써 원고면에 형성된 화상과 같은 정보를 촬상하기 위한 촬상 광학계와;

   를 포함하는 화상판독장치로서,

   상기 촬상 광학계는 원고면 측으로부터 부의 굴절력의 제 1 렌즈군, 정의 굴절력의 제 2 렌즈군 및 부의 굴절력의 제 3 렌즈군을 이 순서로 포함하고 있는 화상판독장치에 있어서,

   상기 화상판독장치는, 상기 촬상 광학계의 렌즈군 중에 적어도 하나의 이동에 의거한 초점위치 조정기능과 초점거리 변화기능을 가지고;

   R은 상기 화상 판독장치의 주주사 방향으로 단일선 마다의 해상도이고, K는 상기 판독 수단의 화소 크기이며, F는 최대 촬상 배율에서 촬상 광학계의 F 수인 경우에, 조건 0.0 < RxK / F < 1.00 을 만족하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1렌즈 군은, 변배를 위해서 고정 유지되고,

   상기 초점 거리는 광축방향으로 제 2렌즈군과 제 3렌즈군 중에 적어도 하나를 이동함으로써 변배가 가능하고,

   상기 초점 위치결정은 제 2렌즈군과 제 3렌즈군 중에 적어도 하나를 이동함으로써 조정 가능한 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 렌즈군은 판독수단 측에 대향하는 오목면을 가지는 부의 제 1 렌즈 및 정의 제 2 렌즈를 포함하고,

   상기 제 2 렌즈군은 정의 제 1 렌즈, 정의 제 2렌즈, 부의 제 3 렌즈 및 정의 제 4 렌즈를 포함하고,

   상기 제 3 렌즈군은 부 또는 정의 제 1 렌즈 및 부의 제 2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
4. 제 1항에 있어서,

   망원단에서 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군 사이의 간격이 광각단에서의 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군 사이의 간격보다 좁아지도록 하고, 망원단에서의 제 2 렌즈군과 제 3 렌즈군 사이의 간격이 광각단에서의 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군 사이의 간격보다 좁아지도록, 제 2 렌즈군 및 제 3 렌즈군을 이동함으로써, 변배 가능한 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,

   제 1 렌즈군 내지 제 3렌즈군 중에서 가장 가벼운 무게를 가진 하나의 렌즈 군을 이동함으로써 초점 위치가 조정 가능한 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 초점 위치결정은 제 2 렌즈군의 이동에 의해 조정가능 하고, F2는 상기 제 2 렌즈군의 초점거리이고, Lt는 i)망원단에서의 제 1 렌즈군과 제 2 렌즈군 사이의 간격과, ii) 제 2 렌즈군과 제 3 렌즈군 사이의 간격 중에서, 좁은 쪽의 간격인 경우에,

   0.004 < Lt / F2 < 0.10의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 제 3 렌즈를 이동함으로써 상기 초점위치가 조정가능하고, F3는 상기 제 3 렌즈군의 초점거리이고, Lt2는 망원단에서의 제 2 렌즈군과 제 3 렌즈군 사이의 간격일 경우에,

   - 0.015 < Lt2 / F3 < - 0.01의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
8. 제 1항에 있어서,

   Fi는 i번째 렌즈군의 초점거리이고, Fw 및 Ft는 각각, 광각단 및 망원단에서의 전체 계의 초점거리이고, BFw는 광각단에서의 최종렌즈 면으로부터 상기 판독수단까지의 거리인 경우에,및의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.
9. 제 1항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 장치는 1200 dpi 이상의 해상도를 가지는 것을 특징으로 하는 화상판독장치.