JP2004159360A - スキャナ - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度の画像走査を行うことができるスキャナを提供する。
【解決手段】 スキャナは、基台フレーム１と、この基台フレーム１に載置されてシート状の被写体を載置するテーブル２と、基台フレーム１に移動自在に支持されてテーブル２の被写体搭載面２１に沿って直線移動するスキャナヘッド３とを備えて構成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、検版システム、測長機及び基板検査等、高精度に画像情報を取得するシステムに使用されるスキャナに関する。

従来の一般的なスキャナは、テーブルとして厚さ数ミリの透明ガラスを用い、被写体となるシートは、その画像面をガラス面側にして背面をスポンジ等を貼り付けたカバーで押圧されて固定される。また、ラインイメージセンサは、ガラスのテーブルの下側に配置され、ガラスを通した被写体の光学像を一定の速度で走査して被写体の光学像を撮像する。

ところで、ＣＴＰ（Computer to Plate）における検版システムでは、ＣＴＰシステムで作製された刷版を高精度スキャナで読み取り、その読み取りデータとＤＴＰ（Desk Top Publishing）システムで作製されたＲＩＰ（Raster Image Processor）済み最終データとを比較チェックするために、高精度のスキャナが必要になる。また、地図情報を読み取って距離を計算する用途や、基板の欠陥検査等の用途でも、高精度なスキャナが必要とされる。

しかしながら、従来のスキャナは、ガラス板を介した光学像を走査するため、スキャナが大型になると、ガラス板の中心部が数百ミクロンも撓むことがある。このため、この撓みとガラス板による屈折歪みとによって、誤差が発生するという問題がある。また、従来のスキャナは、ラインイメージセンサを一定速度で走査しながら、制御用のコンピュータのクロックで時間同期をとり、スキャニングピッチの制御を行っているので、走査速度の誤差が０．０１％発生すれば、１，０００ｍｍを４００ＤＰＩでスキャンした場合、約２ピクセル（約１００ミクロン）の誤差となって現れるという問題がある。

この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、大型化した場合でも、極めて高精度の画像走査を行うことができるスキャナを提供することを目的とする。

この発明に係るスキャナは、シート状の被写体を載置する被写体載置面を有するテーブルと、このテーブルの前記被写体載置面と対向して前記被写体載置面に沿って直線的に移動可能に設けられた、前記被写体載置面に載置された被写体を撮像するライン型の撮像装置を備えたスキャナヘッドと、前記被写体載置面に沿った駆動軸を備え、前記スキャナヘッドを前記駆動軸に沿って直線的に駆動するヘッド駆動機構と、前記スキャナヘッドの前記駆動軸方向の位置を検出するための信号を出力するリニアスケールと、このリニアスケールからの信号に基づいて前記撮像装置から前記被写体の画像を取り込む画像取込手段とを備えてなることを特徴とする。

なお、テーブルは、平面性を維持できる材料例えば、金属、石、ガラス等の板からなり、基台フレーム上に載置される。また、被写体を精度良く固定するため、テーブルは、被写体を吸着して被写体載置面に固定する吸着機構を備えていることが望ましい。同様にテーブルは、被写体を被写体載置面に位置決めするための位置決め固定用ピンを周縁部に備えていることが望ましい。

また、駆動系の安定とスキャナヘッドの直進性の向上とを図るため、スキャナヘッドは、例えば基台フレームの両側端部に一対のリニア軸受を介して移動自在に支持された駆動フレームを備え、ヘッド駆動機構は、一対のリニア軸受のほぼ中間位置にリニア軸受と平行に配置された駆動軸としてのボールスクリュウを含むボールスクリュウ機構であることが望ましい。

更に、スキャナヘッドの送り誤差を極力排除するため、リニアスケールは、駆動軸の近傍に駆動軸と平行に配置されていることが望ましい。

スキャナヘッドは、例えば基台フレームの両側端部に一対のリニア軸受を介して移動自在に支持された駆動フレームと、この駆動フレームに搭載された撮像装置としてのラインイメージセンサと、前記テーブルの被写体載置面に載置された被写体の光画像を、光路をほぼ９０°変換させて前記ラインイメージセンサに導く光学系とを備えたものである。このように構成することにより、スキャナヘッドの高さをあまり高くすることなく、被写体からラインイメージセンサまでの距離を確保することができる。

この発明によれば、撮像装置が備えられたスキャナヘッドが被写体載置面と対向し、被写体載置面に載置された被写体を、ガラス板等を介さずに直接走査する方式であるため、ガラスの撓みや屈折歪みという問題は発生しない。また、スキャナヘッドの駆動軸方向の位置をリニアスケールからの信号で検出して被写体の画像のスキャニングピッチを制御するようにしているので、走査距離に対するスキャニングピッチの精度が飛躍的に向上する。このため、高精度なスキャナを実現することができる。

以下、図面を参照して、この発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は本発明の好ましい実施形態に係る高精度スキャナの外観を示す斜視図である。
このスキャナは、例えば８５０×１０３０ｍｍ程度の走査範囲を有する大型スキャナで、側面に操作パネル１１が設けられた基台フレーム１と、この基台フレーム１に載置されてシート状の被写体を載置するテーブル２と、基台フレーム１に移動自在に支持されてテーブル２の被写体搭載面２１に沿って直線移動するスキャナヘッド３とを備えて構成されている。

図２（ａ）はテーブル２の平面図、同図（ｂ）は側面図である。
テーブル２は好ましくは、金属板により作られる。具体的にこの実施の形態では、テーブル２は、精密機械加工により撓みを３０ミクロン以下に管理したアルミニウム板２ａとこれを支持するアルミニウムフレーム２ｂにより構成される。テーブル２には、被写体載置面２１に被写体を固定するための吸着機構２５が形成されている。吸着機構２５は、テーブル２の内部に形成された通気溝２２と、被写体載置面２１にパターン形成された細溝２４と、これらの通気溝２２と被写体載置面２１及び細溝２４との間を連通する小孔２３ａ，２３ｂとにより構成されている。また、テーブル２の周縁部には、被写体となる各サイズの印刷版等を、それぞれ同じ位置にセットするための基準となる位置決めピン２６が備えられている。

図３は、このスキャナのテーブル２及びスキャナヘッド３を取り外した状態を示す平面図である。基台フレーム１は、自重や加重等の変形外力に十分に対応可能な堅牢な構成を有し、テーブル２の短手方向両端には、長手方向に延びるリニア軸受１２ａ，１３ａが設けられている。スキャナヘッド３の駆動フレーム３１は、その両端がスライダ１２ｂ，１３ｂを介して基台フレーム１の両側端部のリニア軸受１２ａ，１３ａに支持されて、長手方向に移動自在になっている。基台フレーム１のほぼ中央には、リニア軸受１２ａ，１３ａと平行にボールスクリュウ機構１４が配置されている。このボールスクリュウ機構１４は、基台フレーム１の長手方向に懸架された測定軸となるボールスクリュウ１４ａと、その両端を支持するベアリング１４ｂ，１４ｃと、ボールスクリュウ１４ａを回転駆動するモータ１４ｄ及びその駆動力伝達機構を構成するベルト１４ｅ，１４ｈ及びプーリ１４ｆ，１４ｇ，１４ｉと、スキャナヘッド３の駆動フレーム３１に固定される可動ナット１４ｊとからなる。

ボールスクリュウ１４ａの近傍には、ボールスクリュウ１４ａと平行にリニアスケール１５が設置されている。リニアスケール１５は、磁気式、光学式又は静電容量式で、固定スケール１５ａに対して相対移動するヘッド部１５ｂが駆動フレーム３１に固定されている。リニアスケール１５は、スキャナヘッド３の移動に伴い、その移動距離を示すパルスを出力する。このパルスは図示しないカウンタを含む画像取込回路に導入され、ここでカウントされてＣＣＤラインイメージセンサ３３からの画像取込のための走査同期がとられる。

スキャナヘッド３のヘッドカバー３２を開けると、図示しないセンサ固定台にＣＣＤラインイメージセンサ３３が固定されている。このＣＣＤラインイメージセンサ３３は、スキャナヘッド３のテーブル２と対向する側に形成されたスリット３４からの被写体の光学像を撮像する。図４は、スキャナヘッド３の光学要素を側面から概略的に示す図である。図示のように、被写体４からの光学像は、スリット３４を通過して、反射鏡３５，３６で反射されて、その光学進路を９０°変換され、レンズ３７で縮小されてＣＣＤラインイメージセンサ３３に撮像される。
このように構成することにより、スキャナヘッド３の高さｈをあまり高くしないで、十分な光学距離を確保することができる。

このように構成されたスキャナによれば、次のような効果が得られる。
(1)テーブル２の上面に被写体を載置して上からスキャンする直接走査方式であるため、ガラス等の屈折歪みや撓みによる誤差がない。
(2)スキャナヘッド３を両側支持、中央駆動としたので、駆動軸方向へのブレがなく、精度の高い送りが可能である。
(3)リニアスケール１５を駆動軸の近傍に配置したので、送り誤差が少ない。
(4)リニアスケール１５からの距離パルスに走査同期するので、距離に対する取込精度が飛躍的に向上する。
(5)テーブル２の吸着機構２５によって、テーブル２の上にシート状の被写体、例えば印刷版を安定に固定することができ、また、位置決めピン２６によって正確な位置に精度良く固定することができる。

上記実施の形態では、スキャナヘッドは被写体の反射像を撮像する。これに対して、被写体が透明な製版フィルム等である場合には、これを裏面から照明して透過像を撮像することが好ましい。その場合には、テーブルに平面発光板を組み込む。例えば、図５に示すように、テーブル２の表面部に平面発光板５を埋め込み、その発光面を被写体４を載置する被写体載置面とする。平面発光板５は、光を散乱させるための微粒子を分散させた透明樹脂板５ａと反射板５ｂとを貼り合わせ、その側面にライン状の光源５ｃを配置して構成される。

図６（ａ）（ｂ）は、テーブル２の撓みを防止する支持機構を備えた実施の形態のスキャナ構造を示す平面図とそのＡ−Ａ’断面図である。先の実施の形態と対応する部分には先の実施の形態と同一符号を付してある。スキャナヘッド３は、その基板３８と駆動フレーム３１の間にテーブル２を挟む形になっている。その駆動フレーム３１の上面には、テーブル２の短手方向両端から所定距離の位置に、２個ずつの凹型のガイド６１ａ１，６１ａ２，６１ｂ１，６１ｂ２が形成される。そしてテーブル２の下面にはこれらのガイド６１ａ１，６１ａ２，６１ｂ１，６１ｂ２が摺動するように２本のレール６２ａ，６２ｂがテーブル２の長手方向に連続して形成される。

この様に、ガイド６１ａ１，６１ａ２，６１ｂ１，６１ｂ２とレール６２ａ，６２ｂからなる支持機構によって、テーブル２をその短手方向両端から所定距離の位置でスキャナヘッド３の駆動フレーム３１により支持すると、テーブル２が自重等で多少撓む状態にあったとしても、少なくともスキャナヘッド３の位置では撓みが矯正される。即ちテーブル２の被写体載置面２１とスキャナヘッド３との距離を一定に保持することができる。これにより、高精度の画像走査が可能になる。

この発明の一実施形態に係るスキャナの外観斜視図である。 同スキャナのテーブルの平面図及び側面図である。 同スキャナのテーブル及びスキャナヘッドを取り外した状態を示す平面図である。 同スキャナのスキャナヘッドの光学要素の構成の概略を示す側面図である。 他の実施の形態によるテーブルの構造を示す断面図である。 他の実施の形態によるスキャナ構造を示す平面図とそのＡ−Ａ’断面図である。

符号の説明

１…基台フレーム、２…テーブル、３…スキャナヘッド。

Claims (9)

1. シート状の被写体を載置する被写体載置面を有するテーブルと、
   このテーブルの前記被写体載置面と対向して前記被写体載置面に沿って直線的に移動可能に設けられた、前記被写体載置面に載置された被写体を撮像するライン型の撮像装置を備えたスキャナヘッドと、
   前記被写体載置面に沿った駆動軸を備え、前記スキャナヘッドを前記駆動軸に沿って直線的に駆動するヘッド駆動機構と、
   前記スキャナヘッドの前記駆動軸方向の位置を検出するための信号を出力するリニアスケールと、
   このリニアスケールからの信号に基づいて前記撮像装置から前記被写体の画像を取り込む画像取込手段と
   を備えてなることを特徴とするスキャナ。
2. 前記テーブルは、基台フレーム上に載置された金属板であることを特徴とする請求項１記載のスキャナ。
3. 前記テーブルは、前記被写体を吸着して被写体載置面に固定する吸着機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のスキャナ。
4. 前記テーブルは、前記被写体を前記被写体載置面に位置決めするための位置決め固定用ピンを周縁部に備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のスキャナ。
5. 前記スキャナヘッドは、前記基台フレームの両側端部に一対のリニア軸受を介して移動自在に支持された、前記撮像装置を搭載する駆動フレームを備え、
   前記ヘッド駆動機構は、前記一対のリニア軸受のほぼ中間位置に前記リニア軸受と平行に配置された前記駆動軸としてのボールスクリュウを含むボールスクリュウ機構である
   ことを特徴とする請求項２記載のスキャナ。
6. 前記リニアスケールは、前記駆動軸の近傍に前記駆動軸と平行に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のスキャナ。
7. 前記スキャナヘッドは、
   前記基台フレームの両側端部に一対のリニア軸受を介して移動自在に支持された、前記撮像装置を搭載する駆動フレームと、
   前記テーブルの被写体載置面に載置された被写体の光画像を、光路をほぼ９０°変換させて前記撮像装置に導く光学系と
   を備えたことを特徴とする請求項２記載のスキャナ。
8. 前記撮像装置は、ＣＣＤラインセンサであることを特徴とする請求項１記載のスキャナ。
9. 前記テーブルは、発光面を前記被写体載置面とする平面発光板を有することを特徴とする請求項１記載のスキャナ。

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