JP4098175B2 - Image reading apparatus and assembly method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば画像形成装置向けのカラー画像データを得る画像読取装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像読取装置は、シート状の原稿や、本あるいは立体物等の読取対象物を照明して得られる反射光を、CCDセンサ等の画像読取センサにより光電変換して、画像データを得るために利用される。
【0003】
多くの画像読取装置においては、読取対象物を保持する読取テーブル(ガラス板)、読取テーブルにセットされた読取対象物を照明する照明装置、照明装置により照明された読取対象物からの反射光すなわち画像光を、CCDセンサに案内する光学装置およびCCDセンサに案内される画像光に所定の結像特性を与える結像レンズ等を含む。
【0004】
なお、CCDセンサとしては、今日、加法混色の3原色であるR,G,B成分に対応される画像光を光電変換する3ラインCCDセンサとモノクロ画像に対応される画像光を光電変換する黒(Bk)用CCDセンサとが同一の基板に一体に形成された4ラインCCDセンサが利用されている。
【0005】
しかしながら、モノクロ原稿から得られる画像光とカラー原稿から得られる画像光のそれぞれを、単一の結像レンズによりCCDセンサに結像する場合には、倍率色収差(横色収差)の影響により、色成分毎に、焦点位置が異なることが知られている。
【0006】
また、R,G,Bの3ラインCCDセンサと黒用CCDセンサとが同一基板上に形成された4ラインCCDセンサを用いる場合、結像レンズの光軸上もしくはその近傍に位置されるラインセンサと同レンズの光軸から最も離れた位置に位置されるラインセンサとの間の距離すなわち光路長に、差が生じることが知られている。
【0007】
このため、カラー画像読取装置において、3ラインCCDセンサからの出力のうちの1つを基準として、残りの2つ出力に、基準とした出力と比較した倍率色収差を補正することが提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0008】
また、カラー原稿読取装置において、結像レンズが有する色収差に基づいて各色が同一の結像倍率となるよう、原稿面から結像レンズまでの距離と結像レンズからラインセンサまでの光路長を色毎に変更することが提案されている(例えば特許文献2参照)。
【0009】
さらに、赤色光を光電変換する第1のイメージセンサを青色光を光電変換する第3のイメージセンサに対して縮小レンズ側に傾けて、倍率色収差による色ずれを抑制することが提案されている(例えば特許文献3参照)。
【0010】
【特許文献1】
特開2002−112046号公報(要約、図4、図5、段落[0038]、同[0049]〜同[0054])
【0011】
【特許文献2】
特開2001−251475号公報(要約、図2〜図7、段落[0016]〜[0018]、同[0025]〜同[0030])
【0012】
【特許文献3】
特開平5−160959号公報(要約、請求項1、図5、図6、段落[0021]〜[0032])
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの特許文献にも、CCDセンサを結像レンズの焦点位置に固定する際の位置決めの方法またはその工程を一定時間内に収めるための技巧については、開示されていない。
【0014】
また、いずれの文献にも、1つの結像レンズにより収束性が与えられた画像光を、カラー用の3ラインセンサと黒用のラインセンサが同一基板に組み込まれた4ラインセンサを用いることにより生じるカラー用ラインセンサに対する最適なピント位置と黒用ラインセンサに対する最適なピント位置のずれに関する記載はない。
【0015】
なお、カラー用ラインセンサに対する最適なピント位置と黒用ラインセンサに対する最適なピント位置が許容範囲よりも大きくずれる場合には、例えばカラー用の3ラインセンサのピントを調整したのち、黒用ラインセンサのピントが許容範囲内に有るかを確認し、黒用ラインセンサのピントが許容範囲から外れている場合は、カラー用の3ラインセンサのピントを再び調整しなければならない問題がある。
【0016】
また、カラー用の3ラインセンサのピントを再び調整した場合であっても黒用ラインセンサのピントが許容範囲に収まらない場合には、カラー用または黒用のいずれかのラインセンサのピントを許容範囲内の下限値レベルまで抑制し、総てのラインセンサに結像される画像光のピントを許容範囲内に収める手法も、広く採用されている。
【0017】
このことは、調整工程の時間を一定に管理(設定)できないばかりか、調整に要求される時間を大幅に増大する問題がある。
【0018】
この発明の目的は、モノクロ画像およびカラー画像のそれぞれから最適な結像条件で画像データを得ることのできる画像読取装置を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
この発明は、収束レンズにより、読み取り対象物からの光に収束性を与え、収束レンズの焦平面と平行に、R,G,Bの色成分に対応する画像光を光電変換する第1ないし第3のラインセンサと黒画像に対応する画像光を光電変換する第4のラインセンサとを同一平面に、一体に配置し、焦平面を中心としてMTFが所定のレベルを呈する焦点位置の範囲に基づいて、第1ないし第3のラインセンサにそれぞれ結像されるR,G,Bの画像光のMTF特性の最小値と最大値との間の範囲の中心値に対する第4のラインセンサに結像される黒画像光のMTF特性の中心値の差およびその極性に応じて、第1ないし第4のラインセンサが配置される平面を焦平面に対して傾けることにより、第1ないし第3のラインセンサまたは第4のラインセンサのいずれか一方の位置を、MTFに関連づけられた中心値に一致させることにより、残りのラインセンサの位置が、MTFが所定のレベル内に収まる所定の位置に設定されることを特徴とする画像読取装置の組立方法を提供するものである。
【0021】
さらにこの発明は、第1の結像条件において、基準位置から第1の距離の位置を中心として第1の許容幅で管理される第1のMTF特性を示す第1の色成分光、第2の結像条件において、基準位置から第2の距離の位置を中心として第2の許容幅で管理される第2のMTF特性を示す第2の色成分光、第3の結像条件において、基準位置から第3の距離の位置を中心として第3の許容幅で管理される第3のMTF特性を示す第3の色成分光、および第4の結像条件において、基準位置から第4の距離の位置を中心として第4の許容幅で管理される第4のMTF特性を示す第4の色成分光が、それぞれ入射されることで、上記第1ないし第4の色成分光をそれぞれ、上記第1の距離ないし第4の距離の位置を中心として結像されるレンズと、このレンズにより上記第1の距離ないし第4の距離の位置を中心として結像される上記第1ないし第4の色成分光をそれぞれ受光可能に配置され、上記第1ないし第4の色成分光のそれぞれに対応する電気信号を出力する第1ないし第4のラインセンサと、この第1ないし第4のラインセンサを、上記基準位置を含み上記レンズの光軸と直交する平面に沿って一体に支持する支持部材と、上記第4のMTF特性の許容幅の中心値に対する上記第1のMTF特性ないし第3のMTF特性のそれぞれの許容幅の最大値と最小値の範囲の中心値の差および極性、または上記第1のMTF特性ないし第3のMTF特性のそれぞれの許容幅の最大値と最小値の範囲の中心値に対する上記第4のMTF特性の許容幅の中心値の差および極性に基づいて、上記支持部材と上記光軸とのなす角を変更する角度調整機構と、を有することを特徴とする画像読取装置を提供するものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0023】
図1は、この発明の実施の形態が適用される画像読取装置の一例を説明する概略図である。
【0024】
図1に示される通り、画像読取装置101は、ガラス等に代表され、光を透過する材質により形成され、厚さが概ね均一な透明な板状の原稿テーブル11を有している。
【0025】
原稿テーブル11の一端側には、原稿テーブル11に読取対象物(例えばシート状の原稿、以下原稿と略称する)Oをセットする際の基準位置を示すサイズ板11aが設けられている。
【0026】
原稿テーブル11の下方で画像読取装置101内部の所定位置には、後述する画像光として伝達される原稿Oの画像情報を電気信号(画像データ)に変換するCCDセンサ12が設けられている。
【0027】
CCDセンサ12は、図2を用いて以下に説明するように、カラー画像(原稿Oからの反射)を加法混色の3原色であるR(赤)、G(緑)およびB(青)として検出するための3本のラインセンサ12R,12Gおよび12Bが一体的に形成されたカラー向けラインCCDセンサ(以下、カラーセンサと示す)12Cとモノクロ(無彩色)向けのラインセンサ(以下、モノクロセンサと示す)12Mとが並列に設けられた複合型CCDセンサ(4ラインCCDセンサ)である。なお、以下、それぞれの色成分毎に独立して設けられる機構および要素に関しては、末尾に「R」,「G」,「B」,「Bk」を付して識別する。
【0028】
上述のCCDセンサ12は、周知のカラー向けの3ラインCCDに比較して、モノクロ画像を読み取った場合に高い鮮鋭度を確保できるとともに、同一の画像を複数回読み取った場合の安定性(再現性)が高いことが知られている。なお、モノクロセンサ12Mとカラーセンサ12Cとを独立に設けたことにより、個々のセンサ(単ラインセンサ)の読取性能は、同等である。
【0029】
原稿テーブル11の下方の空間には、原稿テーブル11にセットされた原稿Oを照明する照明装置13、照明装置13を原稿テーブル11に沿って移動させる第1のキャリッジ14、および第1のキャリッジ14により取り出される、以下に説明する、画像光をCCDセンサ12に案内する第2のキャリッジ15が設けられている。
【0030】
第1のキャリッジ14には、原稿Oが照明装置13からの照明光により照明されて得られる反射光を取り出し、所定の方向に反射する画像取出ミラー14aが設けられている。この画像取出ミラー14aにより、画像光、すなわち原稿Oに含まれる画像が光の明暗に変換された原稿Oの画像情報が第2のキャリッジ15に向けて反射される。
【0031】
第2のキャリッジ15には、画像取出ミラー14aにより取り出された画像光をCCDセンサ12に案内する第1および第2のミラー15a,15bが設けられている。
【0032】
第2キャリッジ15とCCDセンサ12との間には、第2ミラー15bにより反射されてCCDセンサ12に案内される画像光に所定の光学特性と結像倍率を与える結像レンズ(収束レンズ)16が設けられている。
【0033】
なお、結像レンズ16の光軸は、4ラインセンサ12のカラーセンサ12C側であって、カラーセンサ12Cの3つのラインセンサ12R,12G,12Bのうちの中央に位置されているラインセンサ12Gに一致されている。すなわち、4ラインセンサ12は、結像レンズ16の光軸に対して、カラーセンサ12Cの3つのラインセンサ12R,12G,12Bの中央のラインセンサ12Gの図示しない受光面の中心が一致されるよう、配置されている。また、4ラインセンサ12は、角度調整機構(受光位置調整機構)1により、結像レンズ16の光軸と直交する焦平面FP(図6ないし図8参照)に対し、個々のラインセンサを保持する図示しないベースプレートあるいはそれぞれの受光面の少なくとも1面を含むように定義される基準面(光軸方向)の角度が、任意に設定可能に、支持されている。
【0034】
サイズ板11aの近傍あるいは背面(画像読取装置101の内側)の所定位置で、照明装置13により照明可能な位置には、CCDセンサ12の各単ラインセンサの感度やCCDセンサ12が原稿Oの画像を白画像と黒画像とに識別するためのスレッショルドレベルの補正に利用される白色基準板17が設けられている。
【0035】
上述した画像読取装置101による原稿画像の読み取りにおいては、画像読取装置101の原稿テーブル11の所定の位置に、原稿Oが位置され、図示しない操作パネルまたは外部装置から画像読み取りが指示されることで、照明装置13が所定の光強度の照明光を提供可能に点灯される。
【0036】
以下、第1および第2のキャリッジ14,15が、読み取り倍率に応じた所定の速度で原稿テーブル11に沿って移動されることにより、原稿Oの画像情報が照明装置13からの照明光により、順に照明される。従って、原稿Oの画像情報を光の明暗として含んだ反射光が得られる生成される。以下、この反射光を画像光と呼称する。
【0037】
画像光は、画像取出ミラー14aにより(第2キャリッジ15の)第1ミラー15aおよび第2のミラー15bでさらに反射され、結像レンズ16により所定の結像特性が与えられて、CCDセンサ12の受光面に結像される。
【0038】
CCDセンサ12の受光面に結像された画像光は、順に光電変換され、所定のタイミングで、図3を用いて以下に説明する画像信号処理部に出力される。
【0039】
図3に示すように、画像信号処理部50に入力された画像信号(各ラインセンサの出力)は、それぞれ、S/N(信号/ノイズ)比改善増幅器(プリアンプ)51R,51G,51Bおよび51Bkにより、以下に説明する画像処理に先だって所定レベルまで増幅され、各プリアンプに接続されたゲインコントローラ(PGA)52R,52G,52Bおよび52Bkにより、各信号相互間の大きさ(ゲイン)が調整される。
【0040】
それぞれのゲインコントローラ52R,52G,52Bおよび52Bkから出力された信号は、A−Dコンバータ53R,53G,53Bおよび53Bkにより、デジタル信号に変換され、シェーディング補正回路54R,54G,54Bおよび54Bkにより、白色基準板17からの反射光に基づいて設定されているスレショルドレベルに従って、白レベルと黒レベルの基準値が補正され、画像処理回路55に出力される。
【0041】
画像処理回路55に入力された画像信号は、周知の画像処理、例えば色補正すなわちカラーバランスおよび濃度の補正、輪郭強調すなわち色の境界部分および文字領域の識別(切り出し)、あるいは文字特定すなわち文字と識別された領域の画像情報の文字データへの変換等のさまざまな処理が施されて、図示しない画像メモリあるいは外部記憶装置(外部機器)60に出力される。
【0042】
ところで、前に説明したとおり、4ラインCCDセンサ12においては、結像レンズ16の光軸は、4ラインCCDセンサ12のカラーCCDセンサ12Cのうちの中央に位置されるGラインセンサ12Gに一致されている。このため、Bラインセンサ12BおよびRラインセンサ12Rのそれぞれは、結像レンズ16の光軸に対して直交する焦平面FP(図6ないし図8参照)上でGラインセンサ12Gから等しい距離だけ離れた位置に、位置されることになる。また、Bkラインセンサ12Bkは、結像レンズ16の光軸から最も離れた位置に、位置されることになる。すなわち、個々のCCDセンサの受光面に結像される画像光は、レンズ16の光軸上を案内された画像光(G)とそれ以外の光路を案内された画像光(Bk,R,B)の相互間で、図4または図5により以下に説明する通り、互いに異なるピントバランスを有することになる。なお、ピントバランスとは、任意の色成分の画像光のピント(結像)位置(結像レンズ16により結像される画像光の焦点距離であって、ここではMTFが最大になる位置とした)を中心としてMTFがあるレベルまで低下するデフォーカス位置の範囲を示すものとする。
【0043】
図4は、各色成分の画像光が結像レンズによりCCDセンサに結像される際のピントバランスおよびその中心値の一例を説明する概略図である。なお、図4において、横軸(x軸)はピントバランスを得る際の原点(基準位置、この例では結像レンズの光軸位置)からピントバランスの中心との間の距離(デフォーカス位置)を示し、縦軸(y軸)はMTFを示している。
【0044】
図4から明らかなように、結像レンズ16は、Bkすなわち黒画像光に関し、基準位置から距離PBkで示される位置[P1]を中心として概ね線対称の第1のMTF特性(曲線Bk)を有する。
【0045】
また、結像レンズ16は、画像光Rに関し、基準位置から距離PRで示される位置を中心として概ね線対称の第2のMTF特性(曲線R)、画像光Gに関し、基準位置から距離PGで示される位置を中心として概ね線対称の第3のMTF特性(曲線G)、および画像光Bに関し、基準位置から距離PBで示される位置を中心として概ね線対称の第4のMTF特性(曲線B)を有する。
【0046】
なお、第2のMTF特性(曲線R)、第3のMTF特性(曲線G)および第4のMTF特性(曲線B)のそれぞれのピントバランスの最大値と最小値との間の範囲として表すことのできるカラーピントバランスの範囲は、第1のMTF特性(曲線Bk)の範囲に、概ね一致される。また、カラーピントバランスの中心値[P2]は、黒画像光のピントバランスの中心値[P1]と概ね等しい。
【0047】
従って、図4に示すようなピントバランスを有する結像レンズを用いることにより、CCDセンサ12を結像レンズ16のピント位置に配置する場合、例えばBkすなわち黒画像光に関して一回のみ位置調整をすることで、残りの各カラー成分についても、所定の許容範囲内のピントが得られることになる。すなわち、図4に示したようなピントバランスの中心が、黒画像光Bkのピントバランスとカラーピントバランスとで、互いに一致するレンズを用いることで、結像レンズ16の焦点位置に対するCCDセンサ12の位置合わせは、非常に簡単になる。
【0048】
しかしながら、図4に示したようなピントバランスを有する結像レンズ16を入手することは実質的に困難であり、例えば複数の結像レンズから「選別」する等の作業が必要となる。従って、コストが増大されることになる。
【0049】
図5は、黒画像光のピントバランスの中心値とカラーピントバランスの中心値とが一致しない結像レンズのピントバランスおよびその中心値の一例を説明する概略図である。なお、多くの結像レンズにおけるピントバランスは、図5により以下に説明する通り、黒画像光ピントバランスの中心値とカラーピントバランスの中心値が一致しないことが多く、図6ないし図8を用いて後段に説明する調整方法を採用することが有益である。
【0050】
容易に入手可能な結像レンズは、図5に示す通り、黒ピントバランスの中心値[P1]とカラーピントバランスの中心値[P2]とが一致しない場合が多い。しかしながら、図5に示したピントバランスを有する結像レンズは、比較的安価であり、結像レンズの焦点位置に対するCCDセンサの位置合わせの方法を工夫することにより調整工程を簡素化できれば、画像読取装置101に搭載することで、コスト面で大きなメリットをもたらす。以下、その方法の一例を説明する。
【0051】
図6は、CCDセンサを固定する際に結像レンズのピントバランスを考慮した第1の固定方法を説明している。
【0052】
図6に示されるように、4ラインCCDセンサ12は、図1に概略を説明したが、結像レンズ16の光軸と直交する平面(焦平面)FPに対し、CCDセンサ12の詳述しない受光面(もしくはCCDセンサの図示しない基準面)の角度を任意の角度に設定可能な角度調整機構1により保持されている。なお、図6は、角度調整機構1により与えられる角度が「0°」である場合を示している。
【0053】
従って、図6に示したCCDセンサの受光面の角度の設定は、図4により前に説明した黒ピントバランスの中心(第2の物理特性)[P1]と、カラーピントバランスの中心(第1の物理特性)[P2]が、概ね一致している結像レンズに対して有益である。
【0054】
図7は、CCDセンサを固定する際に結像レンズのピントバランスを考慮した第2の固定方法を説明している。
【0055】
図7に示される例では、4ラインCCDセンサ12は、結像レンズ16の光軸と直交する焦平面FPから黒ラインセンサ12Bkの受光面が遠ざかる方向に、角度調整機構1により、所定の角度θ1で保持されている(Gラインセンサ12Gは、焦平面FP上に位置されている)。
【0056】
すなわち、図7に示したCCDセンサの受光面の角度(θ1)の設定は、図5を用いて前に説明した黒ピントバランスの中心(第2の物理特性)[P1]と、カラーピントバランスの中心(第1の物理特性)[P2]と、が一致せず、例えば[P2]が「−」側にずれているような結像レンズに対して、有益である。なお、角度(θ1)の大きさは、結像レンズ16の図示しない後側主平面とGラインセンサ12Gとの間の距離(G焦点距離)に対する同レンズの後側主平面と黒ラインセンサ12Bkとの間の距離(Bk焦点距離)のとの差に応じて設定されることはいうまでもない。
【0057】
従って、4ラインCCDセンサ12を結像レンズ16のピント位置に配置する場合、例えばBkすなわち黒画像光に関して一回のみ位置調整をすることで、残りの各カラー成分についても、所定の許容範囲内のピントが得られる位置に容易に配置できる。
【0058】
図8は、CCDセンサを固定する際に結像レンズのピントバランスを考慮した第3の固定方法を説明している。
【0059】
図8に示される例では、4ラインCCDセンサ12は、結像レンズ16の光軸と直交する焦平面FPよりも黒ラインセンサ12Bkの受光面が結像レンズ16に近づく方向に、角度調整機構1により、所定の角度θ2で保持されている。
【0060】
すなわち、図8に示したCCDセンサの受光面の角度(θ2)の設定は、図5により説明したと同様に、黒ピントバランスの中心(第2の物理特性)[P1]とカラーピントバランスの中心(第1の物理特性)[P2]とが一致せず、図5には示されていないが[P2]が図5とは逆方向の「+」側にずれているような結像レンズに対して、有益である。なお、角度(θ2)の大きさは、結像レンズ16の図示しない後側主平面とGラインセンサ12Gとの間の距離(G焦点距離)に対する同レンズの後側主平面と黒ラインセンサ12Bkとの間の距離(Bk焦点距離)のとの差に応じて設定されることはいうまでもない。
【0061】
従って、4ラインCCDセンサ12を結像レンズ16のピント位置に配置する場合、例えばBkすなわち黒画像光に関して一回のみ位置調整をすることで、残りの各カラー成分についても、所定の許容範囲内のピントが得られる位置に容易に配置できる。
【0062】
なお、結像レンズ16における各色成分毎のピントバランスの中心値は、図示しないが、結像レンズ16の特性を検出するための図示しない検査治具あるいは結像レンズ16に付帯して入手可能な検査データから、容易に識別若しくは取得可能である。
【0063】
また、角度調整機構1は、例えば図示しないマイクロアクチュエータ(例えば所定の極性の電流が供給されることで、CCDセンサの基準面を焦平面に対して変位可能な変位機構あるいは直動モータ等により、CCDセンサにより受光して得られる各色成分毎の画像信号の強度に応じて、読取装置1台毎に設定されてもよいことはいうまでもない。
【0064】
例えば図2を用いて前に説明した画像信号処理部50において、例えばゲインコントローラ(PGA)52R,52G,52Bおよび52Bkの前段で、プリアンプ51R,51G,51Bのいずれかの出力(3つのカラーセンサのうちで、出力が最大のラインセンサの出力)とプリアンプ51Bkの出力とを比較し、その差の極性(+または−)と絶対値(大きさ)を求めることにより、上述のマイクロアクチュエータの制御量は容易に設定できる。
【0065】
なお、上述した実施の形態を説明するために、画像読取装置(スキャナ)を例に、動作の一例を説明したが、スキャナとページプリンタ(カラープリンタ)等の画像出力部が一体に形成されたカラー複写機あるいは類似した複合型画像処理装置若しくはファクシミリ装置等にも利用可能であることはいうまでもない。
【0066】
また、この発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形・変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。
【0067】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、結像レンズにより収束性が与えられた画像光を、カラー用3ラインセンサと黒用ラインセンサが一体に組み込まれた4ラインセンサを用いることにより生じる黒用ラインセンサに対する最適なピント位置とカラー用ラインセンサに対する最適なピント位置とを整合させることができる。従って、CCDセンサを結像レンズのピント位置に固定する際の調整作業に要求される工程が短縮される。これにより、画像読取装置の組立コストが大幅に低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態が適用される画像読取装置の一例を説明する概略図。
【図2】 図1に示した画像読取装置に組み込まれる4ラインCCDセンサの一例を説明する概略図。
【図3】 図1に示した画像読取装置に組み込まれる画像信号処理部の構成の一例を説明する概略図。
【図4】 図1ないし図3に示した画像読取装置に組み込まれる結像レンズの色成分毎のピントバランスを説明する概略図。
【図5】 図1ないし図3に示した画像読取装置に組み込まれる結像レンズの色成分毎のピントバランスを説明する概略図。
【図6】 図1ないし図3に示した画像読取装置に組み込まれるCCDセンサを固定する際に結像レンズのピントバランスを考慮した第1の固定方法を説明する概略図。
【図7】 図1ないし図3に示した画像読取装置に組み込まれるCCDセンサを固定する際に結像レンズのピントバランスを考慮した第2の固定方法を説明する概略図。
【図8】 図1ないし図3に示した画像読取装置に組み込まれるCCDセンサを固定する際に結像レンズのピントバランスを考慮した第3の固定方法を説明する概略図。
【符号の説明】
1…角度調整機構、11…原稿テーブル、12…4ラインCCDセンサ、12C…カラーCCDセンサ、12M…黒用ラインセンサ、12R…Rラインセンサ、12G…Gラインセンサ、12B…Bラインセンサ、13…照明装置、14…第1キャリッジ、14a…第1画像ミラー、15…第2キャリッジ、15a…第2画像ミラー、15b…第3画像ミラー、16…結像レンズ、17…白色基準板、50…画像信号処理部、101…画像読取装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image reading apparatus that obtains color image data for an image forming apparatus, for example.
[0002]
[Prior art]
An image reading device is used to obtain image data by photoelectrically converting reflected light obtained by illuminating a reading object such as a sheet-like document or a book or a three-dimensional object with an image reading sensor such as a CCD sensor. Is done.
[0003]
In many image reading apparatuses, a reading table (glass plate) that holds a reading object, an illuminating device that illuminates the reading object set on the reading table, reflected light from the reading object illuminated by the illuminating device, It includes an optical device that guides image light to the CCD sensor, an imaging lens that gives predetermined imaging characteristics to the image light guided by the CCD sensor, and the like.
[0004]
As a CCD sensor, a three-line CCD sensor that photoelectrically converts image light corresponding to R, G, and B components that are additive color mixing three primary colors and a black that photoelectrically converts image light corresponding to a monochrome image today. A 4-line CCD sensor in which the (Bk) CCD sensor is integrally formed on the same substrate is used.
[0005]
However, when each of the image light obtained from a monochrome manuscript and the image light obtained from a color manuscript is imaged on a CCD sensor by a single imaging lens, the color component is affected by the effect of lateral chromatic aberration (lateral chromatic aberration). It is known that the focal position is different for each.
[0006]
When a 4-line CCD sensor in which an R, G, B 3-line CCD sensor and a black CCD sensor are formed on the same substrate is used, the line sensor is located on or near the optical axis of the imaging lens. It is known that there is a difference in the distance, that is, the optical path length, between the lens sensor and the line sensor located farthest from the optical axis of the lens.
[0007]
For this reason, in a color image reading apparatus, it has been proposed that one of the outputs from the 3-line CCD sensor is used as a reference, and the remaining two outputs are corrected for lateral chromatic aberration compared to the reference output. (For example, refer to Patent Document 1).
[0008]
Also, in a color document reader, the distance from the document surface to the imaging lens and the optical path length from the imaging lens to the line sensor are colored so that each color has the same imaging magnification based on the chromatic aberration of the imaging lens. It is proposed to change every time (for example, refer to Patent Document 2).
[0009]
Further, it has been proposed that the first image sensor that photoelectrically converts red light is tilted toward the reduction lens side with respect to the third image sensor that photoelectrically converts blue light to suppress color shift due to lateral chromatic aberration ( For example, see Patent Document 3).
[0010]
[Patent Document 1]
JP 2002-112046 A (Summary, FIGS. 4 and 5, paragraphs [0038], [0049] to [0054])
[0011]
[Patent Document 2]
JP 2001-251475 A (summary, FIGS. 2 to 7, paragraphs [0016] to [0018], [0025] to [0030])
[0012]
[Patent Document 3]
JP-A-5-160959 (abstract,
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, none of the patent documents discloses a positioning method for fixing the CCD sensor to the focal position of the imaging lens or a technique for keeping the process within a certain time.
[0014]
Also, in any document, by using a four-line sensor in which a color three-line sensor and a black line sensor are incorporated on the same substrate, image light given convergence by one imaging lens is used. There is no description about the deviation of the optimum focus position for the color line sensor and the optimum focus position for the black line sensor.
[0015]
If the optimum focus position for the color line sensor and the optimum focus position for the black line sensor deviate from the allowable range, for example, after adjusting the focus of the color three-line sensor, the black line sensor If the focus of the black line sensor is out of the permissible range, there is a problem that the focus of the color three-line sensor must be adjusted again.
[0016]
If the focus of the black line sensor is not within the allowable range even when the focus of the color 3-line sensor is adjusted again, the focus of either the color or black line sensor is allowed. A technique is also widely adopted that suppresses the lower limit level within the range and keeps the focus of the image light imaged on all the line sensors within the allowable range.
[0017]
This has the problem that the time required for the adjustment is greatly increased as well as the time required for the adjustment process cannot be managed (set).
[0018]
An object of the present invention is to provide an image reading apparatus capable of obtaining image data from each of a monochrome image and a color image under optimum imaging conditions.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
This invention First to third line sensors that provide convergence to light from an object to be read by a converging lens and photoelectrically convert image light corresponding to R, G, and B color components in parallel with the focal plane of the converging lens. And a fourth line sensor that photoelectrically converts image light corresponding to a black image are integrally arranged on the same plane, and the first line sensor is based on the range of the focal position where the MTF exhibits a predetermined level with the focal plane as the center. Or a black image formed on the fourth line sensor with respect to the center value in the range between the minimum value and the maximum value of the MTF characteristics of the R, G, and B image lights respectively formed on the third line sensor. By tilting the plane on which the first to fourth line sensors are arranged with respect to the focal plane in accordance with the difference in the central value of the MTF characteristic of light and the polarity thereof, the first to third line sensors or the fourth line sensors are arranged. Any of the line sensors The position of the square, by matching the center value associated with the MTF, the position of rest of the line sensor, MTF is set to a predetermined position within a predetermined level Image reading apparatus Assembly method Is to provide.
[0021]
Further, according to the present invention, in the first imaging condition, the first color component light exhibiting the first MTF characteristic managed with the first allowable width around the position at the first distance from the reference position, The second color component light exhibiting the second MTF characteristic managed with the second allowable width centered on the position at the second distance from the reference position, and the reference condition in the third imaging condition A third color component light exhibiting a third MTF characteristic managed with a third allowable width centered on a position at a third distance from the position, and a fourth distance from the reference position in the fourth imaging condition When the fourth color component light exhibiting the fourth MTF characteristic managed with the fourth allowable width around the position of each of the first color component light and the first color component light is incident, A lens imaged around the position of the first distance to the fourth distance; The first to fourth color component lights that are imaged by the lens centered on the position of the first distance to the fourth distance are arranged so as to be able to receive each of the first to fourth color component lights. The first to fourth line sensors that output electrical signals corresponding to each of the first and fourth line sensors and the first to fourth line sensors are integrally supported along a plane that includes the reference position and is orthogonal to the optical axis of the lens. And the difference between the center value of the maximum value and the minimum value range of the first MTF characteristic to the third MTF characteristic with respect to the center value of the allowable width of the fourth MTF characteristic, and the polarity Or based on the difference and polarity of the center value of the allowable range of the fourth MTF characteristic with respect to the central value of the range of the maximum value and the minimum value of the allowable range of each of the first to third MTF characteristics. ,the above An angle adjusting mechanism for changing the angle between the support member and the optical axis, there is provided an image reading apparatus characterized by having a.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an image reading apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.
[0024]
As shown in FIG. 1, the
[0025]
On one end side of the document table 11, a
[0026]
A
[0027]
As will be described below with reference to FIG. 2, the
[0028]
The above-described
[0029]
In a space below the document table 11, an
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
An imaging lens (convergence lens) 16 between the
[0033]
Note that the optical axis of the
[0034]
The sensitivity of each single line sensor of the
[0035]
In reading the original image by the
[0036]
Thereafter, the first and
[0037]
The image light is further reflected by the
[0038]
Image light imaged on the light receiving surface of the
[0039]
As shown in FIG. 3, the image signals (outputs of the respective line sensors) input to the image
[0040]
Signals output from the
[0041]
The image signal input to the
[0042]
Incidentally, as described above, in the 4-
[0043]
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of the focus balance and its center value when the image light of each color component is imaged on the CCD sensor by the imaging lens. In FIG. 4, the horizontal axis (x axis) is the distance (defocus position) between the origin (reference position, in this example, the optical axis position of the imaging lens) and the center of focus balance when obtaining the focus balance. The vertical axis (y-axis) indicates MTF.
[0044]
As is apparent from FIG. 4, the
[0045]
Further, the
[0046]
It should be noted that the second MTF characteristic (curve R), the third MTF characteristic (curve G), and the fourth MTF characteristic (curve B) are each expressed as a range between the maximum and minimum focus balance values. The range of the color focus balance that can be performed is approximately the same as the range of the first MTF characteristic (curve Bk). Also, the color focus balance center value [P 2 ] Is the central value [P of the focus balance of the black image light] 1 ] It is almost equal to.
[0047]
Therefore, by using an imaging lens having a focus balance as shown in FIG. 4, when the
[0048]
However, it is practically difficult to obtain the
[0049]
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example of the focus balance and the center value of the imaging lens in which the center value of the focus balance of the black image light and the center value of the color focus balance do not match. As will be described below with reference to FIG. 5, the focus balance in many imaging lenses often does not match the center value of the black image light focus balance and the center value of the color focus balance, and FIGS. 6 to 8 are used. It is useful to adopt the adjustment method described later.
[0050]
As shown in FIG. 5, the imaging lens that can be easily obtained has a central value [P of black focus balance]. 1 ] And the color focus balance center value [P 2 ] Often does not match. However, the imaging lens having the focus balance shown in FIG. 5 is relatively inexpensive, and if the adjustment process can be simplified by devising a method for aligning the CCD sensor with respect to the focal position of the imaging lens, image reading is possible. By mounting on the
[0051]
FIG. 6 illustrates a first fixing method in consideration of the focus balance of the imaging lens when fixing the CCD sensor.
[0052]
As shown in FIG. 6, the 4-
[0053]
Therefore, the angle of the light receiving surface of the CCD sensor shown in FIG. 6 is set by the center of black focus balance (second physical characteristic) [P 1 ] And the center of color focus balance (first physical characteristic) [P 2 ] Is useful for generally matching imaging lenses.
[0054]
FIG. 7 illustrates a second fixing method in consideration of the focus balance of the imaging lens when fixing the CCD sensor.
[0055]
In the example shown in FIG. 7, the 4-
[0056]
That is, the angle (θ of the light receiving surface of the CCD sensor shown in FIG. 1 ) Is set at the center of black focus balance (second physical characteristic) [P 1 ] And the center of color focus balance (first physical characteristic) [P 2 ] Does not match, for example, [P 2 ] Is useful for an imaging lens that is shifted to the “−” side. The angle (θ 1 ) Is the distance between the rear main plane of the
[0057]
Therefore, when the 4-
[0058]
FIG. 8 illustrates a third fixing method in consideration of the focus balance of the imaging lens when fixing the CCD sensor.
[0059]
In the example shown in FIG. 8, the 4-
[0060]
That is, the angle (θ of the light receiving surface of the CCD sensor shown in FIG. 2 ) Is set in the same manner as described with reference to FIG. 5, the center of the black focus balance (second physical characteristic) [P 1 ] And the center of color focus balance (first physical characteristic) [P 2 ] Does not match and is not shown in FIG. 2 ] Is useful for an imaging lens in which it is shifted to the “+” side in the opposite direction to FIG. The angle (θ 2 ) Is the distance between the rear main plane of the
[0061]
Therefore, when the 4-
[0062]
Although the center value of the focus balance for each color component in the
[0063]
Further, the
[0064]
For example, in the image
[0065]
In order to describe the above-described embodiment, an example of the operation has been described by taking an image reading apparatus (scanner) as an example. However, an image output unit such as a scanner and a page printer (color printer) is integrally formed. Needless to say, the present invention can also be used for a color copying machine, a similar composite image processing apparatus, a facsimile machine, or the like.
[0066]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the invention when it is implemented. Moreover, each embodiment may be implemented in combination as appropriate as possible, and in that case, the effect of the combination can be obtained.
[0067]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the image light given the convergence by the imaging lens is generated by using the 4-line sensor in which the color 3-line sensor and the black line sensor are integrated. The optimum focus position for the black line sensor can be matched with the optimum focus position for the color line sensor. Therefore, the process required for the adjustment work when fixing the CCD sensor to the focus position of the imaging lens is shortened. This greatly reduces the assembly cost of the image reading apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an image reading apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of a 4-line CCD sensor incorporated in the image reading apparatus shown in FIG.
3 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of an image signal processing unit incorporated in the image reading apparatus illustrated in FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating focus balance for each color component of an imaging lens incorporated in the image reading apparatus illustrated in FIGS. 1 to 3;
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating focus balance for each color component of an imaging lens incorporated in the image reading apparatus illustrated in FIGS. 1 to 3;
6 is a schematic diagram for explaining a first fixing method in consideration of focus balance of an imaging lens when fixing a CCD sensor incorporated in the image reading apparatus shown in FIGS. 1 to 3; FIG.
7 is a schematic diagram illustrating a second fixing method in consideration of the focus balance of the imaging lens when fixing the CCD sensor incorporated in the image reading apparatus shown in FIGS. 1 to 3; FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a third fixing method in consideration of the focus balance of the imaging lens when fixing the CCD sensor incorporated in the image reading apparatus shown in FIGS. 1 to 3;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
収束レンズの焦平面と平行に、R,G,Bの色成分に対応する画像光を光電変換する第1ないし第3のラインセンサと黒画像に対応する画像光を光電変換する第4のラインセンサとを同一平面に、一体に配置し、
焦平面を中心としてMTFが所定のレベルを呈する焦点位置の範囲に基づいて、第1ないし第3のラインセンサにそれぞれ結像されるR,G,Bの画像光のMTF特性の最小値と最大値との間の範囲の中心値に対する第4のラインセンサに結像される黒画像光のMTF特性の中心値の差およびその極性に応じて、第1ないし第4のラインセンサが配置される平面を焦平面に対して傾けることにより、第1ないし第3のラインセンサまたは第4のラインセンサのいずれか一方の位置を、MTFに関連づけられた中心値に一致させることにより、残りのラインセンサの位置が、MTFが所定のレベル内に収まる所定の位置に設定されることを特徴とする画像読取装置の組立方法。 Convergence lens gives the light from the object to be converged,
Parallel to the focal plane of the converging lens, first to third line sensors that photoelectrically convert image light corresponding to the R, G, and B color components and a fourth line that photoelectrically converts image light corresponding to the black image Place the sensor and the sensor on the same plane,
The minimum and maximum values of the MTF characteristics of the R, G, and B image lights formed on the first to third line sensors based on the range of the focal position where the MTF exhibits a predetermined level around the focal plane. The first to fourth line sensors are arranged according to the difference in the central value of the MTF characteristic of the black image light imaged on the fourth line sensor with respect to the central value of the range between the values and the polarity thereof. By tilting the plane with respect to the focal plane, the position of one of the first to third line sensors or the fourth line sensor is made to coincide with the center value associated with the MTF, thereby remaining line sensors. The image reading apparatus is assembled at a predetermined position where the MTF falls within a predetermined level .
このレンズにより上記第1の距離ないし第4の距離の位置を中心として結像される上記第1ないし第4の色成分光をそれぞれ受光可能に配置され、上記第1ないし第4の色成分光のそれぞれに対応する電気信号を出力する第1ないし第4のラインセンサと、
この第1ないし第4のラインセンサを、上記基準位置を含み上記レンズの光軸と直交する平面に沿って一体に支持する支持部材と、
上記第4のMTF特性の許容幅の中心値に対する上記第1のMTF特性ないし第3のMTF特性のそれぞれの許容幅の最大値と最小値の範囲の中心値の差および極性、または上記第1のMTF特性ないし第3のMTF特性のそれぞれの許容幅の最大値と最小値の範囲の中心値に対する上記第4のMTF特性の許容幅の中心値の差および極性に基づいて、上記支持部材と上記光軸とのなす角を変更する角度調整機構と、
を有することを特徴とする画像読取装置。 In the first imaging condition, the first color component light exhibiting the first MTF characteristic managed with the first allowable width around the position of the first distance from the reference position, and in the second imaging condition The second color component light exhibiting the second MTF characteristic managed with the second allowable width around the position at the second distance from the reference position, and the third color from the reference position in the third imaging condition. In the third color component light exhibiting the third MTF characteristic managed with the third allowable width around the position of the distance and the fourth imaging condition, the position of the fourth distance from the reference position is the center. When the fourth color component light exhibiting the fourth MTF characteristic managed by the fourth allowable width is incident, the first to fourth color component lights are respectively transmitted to the first distance or A lens that is imaged about the position of the fourth distance;
The first to fourth color component lights are arranged so as to be able to receive the first to fourth color component lights focused on the positions of the first distance to the fourth distance by the lens, respectively. First to fourth line sensors that output electrical signals corresponding to each of the
A support member that integrally supports the first to fourth line sensors along a plane including the reference position and orthogonal to the optical axis of the lens;
The difference and polarity of the center value of the maximum value and the minimum value range of each of the first to third MTF characteristics with respect to the center value of the allowable width of the fourth MTF characteristic, or the first Based on the difference and polarity of the center value of the allowable width of the fourth MTF characteristic with respect to the central value of the maximum value and minimum value range of the allowable width of each of the MTF characteristics to the third MTF characteristics of An angle adjustment mechanism for changing the angle formed by the optical axis;
Images reader you, comprising a.
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