JPH0548827A - Image reader - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光学読取ユニットを移
動して原稿読取りを行う原稿固定読取型の画像読取装置
に関するものであり、特に原画像を縮小してＣＣＤ等の
画像読取素子面に投影する縮小型光学系を、複数のミラ
ーを用いた折り返し光路とレンズにより構成した光学読
取ユニットにおいて、その光路長を短縮してコンパクト
化を図るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fixed original reading type image reading apparatus for moving an optical reading unit to read an original, and more particularly to reducing an original image onto an image reading element surface such as a CCD. In an optical reading unit in which a reduction type optical system for projection is composed of a folded optical path using a plurality of mirrors and a lens, the optical path length is shortened to achieve compactness.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図９および図１０により、従来の画像読
取装置について説明する。図９の（ａ）は画像読取装置
の外観を示す斜視図、図９の（ｂ）はその断面図であ
る。図９の（ａ）および（ｂ）において、１は画像読取
装置、２はプラテンガラス、３はカバー板、４は光学読
取ユニットである。2. Description of the Related Art A conventional image reading apparatus will be described with reference to FIGS. 9A is a perspective view showing the outer appearance of the image reading apparatus, and FIG. 9B is a sectional view thereof. In FIGS. 9A and 9B, 1 is an image reading device, 2 is a platen glass, 3 is a cover plate, and 4 is an optical reading unit.
【０００３】原稿は、プラテンガラス２の上に読取り面
を下にして載せられる。カバー板３を閉じ、光学読取ユ
ニット４を副走査方向に移動し、原稿面を走査して画像
読取りを行う。A document is placed on the platen glass 2 with its reading surface facing down. The cover plate 3 is closed and the optical reading unit 4 is moved in the sub-scanning direction to scan the document surface and read an image.
【０００４】図１０の（ａ）および（ｂ）は、光学読取
ユニット４の断面を例示したものである。図１０の
（ａ）において、５はランプ、６は平面ミラー、７はレ
ンズ、８は一次元ＣＣＤなどの画像読取素子であるライ
ンセンサ、９は原稿、１０は光路である。FIGS. 10A and 10B exemplify a cross section of the optical reading unit 4. In FIG. 10A, 5 is a lamp, 6 is a plane mirror, 7 is a lens, 8 is a line sensor which is an image reading element such as a one-dimensional CCD, 9 is an original, and 10 is an optical path.
【０００５】ラインセンサ８の主走査方向は図の紙面に
垂直な方向であり、ランプ５により照明された原稿９の
１ライン分の画像が、光路１０を経て、ラインセンサ８
の読取り面に縮小投影される。ラインセンサ８は、投影
された一次元画像を電気的に主走査して画像信号として
出力する。縮小型光学系は光路長が長くなるため、複数
の平面ミラーを用いて光路を折り返すことにより光学読
取ユニットのコンパクト化が図られている。図１０の
（ａ）は光路を１回折り返した例であり、図１０の
（ｂ）はこれを５回折り返しにしてさらにコンパクト化
した例である。The main scanning direction of the line sensor 8 is a direction perpendicular to the plane of the drawing, and an image of one line of the original 9 illuminated by the lamp 5 passes through the optical path 10 and passes through the line sensor 8.
The image is reduced and projected onto the reading surface of. The line sensor 8 electrically main-scans the projected one-dimensional image and outputs it as an image signal. Since the reduction type optical system has a long optical path length, the optical reading unit is made compact by folding the optical path using a plurality of plane mirrors. FIG. 10A is an example in which the optical path is folded back once, and FIG. 10B is an example in which the optical path is folded back five times to make it more compact.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来の縮小型光学系を
用いる画像読取装置の光学読取ユニットでは、ユニット
をコンパクト化するため平面ミラーを用いて光路を折り
返す方法がとられていた。この方法は折り返し数を増や
すことによって光学系の実際の寸法を短くすることがで
きるが、反面、ミラー数の増加によってミラーの収容ス
ペースが大きくなり、ユニットのコンパクト化には限界
があった。またミラー数の増加はその反射率に基づき光
量の減少を伴うため限界があった。In an optical reading unit of an image reading apparatus using a conventional reduction type optical system, a method of folding an optical path using a plane mirror has been adopted in order to make the unit compact. With this method, the actual size of the optical system can be shortened by increasing the number of turns, but on the other hand, the increase in the number of mirrors increases the accommodation space for the mirrors, and there is a limit to the compactness of the unit. In addition, the increase in the number of mirrors is limited because the amount of light decreases due to the reflectance.
【０００７】本発明は、縮小型光学系を用いる画像読取
装置において、光学読取ユニット内のミラー数を増加さ
せずに光路長を短縮しコンパクト化を図ることを目的と
している。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to shorten the optical path length of an image reading apparatus using a reduction type optical system without increasing the number of mirrors in the optical reading unit and to make the apparatus compact.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、縮小型光学系
の折り返し光路中の少なくとも１つのミラーを凹面また
は凸面の曲面ミラーとすることにより光路長を短縮し、
光学読取ユニットのコンパクト化を図るものである。According to the present invention, the optical path length is shortened by using at least one mirror in the folding optical path of the reduction type optical system as a concave or convex curved mirror.
The optical reading unit is made compact.
【０００９】図１は、本発明の原理的構成図である。図
１において、（ａ）は曲面ミラーとして凸面ミラーを用
いた例、（ｂ）は凹面ミラーを用いた例である。FIG. 1 is a block diagram showing the principle of the present invention. In FIG. 1, (a) is an example using a convex mirror as a curved mirror, and (b) is an example using a concave mirror.
【００１０】図１（ａ），（ｂ）中、４は光学読取ユニ
ット、５は原稿照明用のランプ、６は平面ミラー、７は
レンズ、８は一次元ＣＣＤなどのラインセンサ、９は原
稿、１０は光路、１１は凸面レンズ、１２は凹面レンズ
である。In FIGS. 1A and 1B, 4 is an optical reading unit, 5 is a document illumination lamp, 6 is a plane mirror, 7 is a lens, 8 is a line sensor such as a one-dimensional CCD, and 9 is a document. Reference numeral 10 is an optical path, 11 is a convex lens, and 12 is a concave lens.
【００１１】ランプ５により照明された原稿９の面から
の反射光は、２つの平面ミラー６と凸面ミラー１１ある
いは凹面ミラー１２によって折り曲げられ、レンズ７を
通してラインセンサ８に入射する。The reflected light from the surface of the original 9 illuminated by the lamp 5 is bent by the two plane mirrors 6 and the convex mirror 11 or the concave mirror 12, and enters the line sensor 8 through the lens 7.
【００１２】凸面ミラー１１を用いる場合はレンズ７の
焦点距離ｆの外側に配置し、また凹面ミラー１２を用い
る場合はレンズ７の焦点距離の内側に配置するように適
切に光学系を設計することにより、光路長の大幅な短縮
が可能となる。When the convex mirror 11 is used, it is placed outside the focal length f of the lens 7, and when the concave mirror 12 is used, it is placed inside the focal length of the lens 7, and the optical system is designed appropriately. Thereby, the optical path length can be greatly shortened.
【００１３】なお、凸面あるいは凹面の曲面ミラーを使
用することにより、ミラーの曲率に基づくラインの湾曲
誤差が発生するが、座標変換によりあるいは機械的な方
法により補正することができる。When a curved mirror having a convex or concave surface is used, a line bending error due to the curvature of the mirror occurs, but it can be corrected by coordinate conversion or by a mechanical method.
【００１４】[0014]
【作用】図２および図３により本発明の作用を説明す
る。本発明による曲面ミラーとレンズの組み合わせによ
る光学系の設計は、２つのレンズを組み合わせた場合と
同じ手法を用いて行われる。The operation of the present invention will be described with reference to FIGS. The design of the optical system by the combination of the curved mirror and the lens according to the present invention is performed by using the same method as the case of combining two lenses.
【００１５】図２は、２つのレンズを組み合わせた場合
の合成焦点距離を求めるための説明図であり、図中、ｆ
1 は第１レンズの焦点距離、ｆ2は第２レンズの焦点距
離、Ｈ1 は第２レンズの前側主点、Ｈ2 は第２レンズの
後側主点、ｔは第１レンズの主点と第２レンズの前側主
点との間の距離、ｆは第１レンズと第２レンズの合成焦
点距離、ｆB は第２レンズの後側主点と２つのレンズの
合成焦点との間の距離すなわち、バックフォーカス距離
である。FIG. 2 is an explanatory diagram for obtaining a combined focal length when two lenses are combined, and in the figure, f
1 is the focal length of the first lens, f 2 is the focal length of the second lens, H 1 is the front principal point of the second lens, H 2 is the rear principal point of the second lens, t is the principal point of the first lens , F is the combined focal length of the first lens and the second lens, and f B is the combined rear focal point of the second lens and the combined focal point of the two lenses. The distance, that is, the back focus distance.
【００１６】この場合、ｆとｆB とは、次のように表わ
される。 ｆ＝ｆ1 ｆ2 ／（ｆ1 ＋ｆ2 −ｔ） ・・・・・(1) ｆB ＝ｆ2 （ｆ1 −ｔ）／（ｆ1 ＋ｆ2 −ｔ）・・・・・(2) ここで第１レンズを曲面レンズに置き換えるが、凸面ミ
ラーの場合にはｆ1＜０とし、凹面ミラーの場合にはｆ
1 ＞０とする。In this case, f and f B are expressed as follows. f = f 1 f 2 / (f 1 + f 2 −t) (1) f B = f 2 (f 1 −t) / (f 1 + f 2 −t) (2) ) Here, the first lens is replaced with a curved lens, and f 1 <0 in the case of a convex mirror and f 1 in the case of a concave mirror.
1 > 0.
【００１７】光路長を短くするには、曲面ミラーと第２
レンズの合成焦点距離５が第２レンズの焦点距離ｆ2 よ
りも短くなる条件を設定すればよい。この条件は次のよ
うになる。To shorten the optical path length, the curved mirror and the second
The condition that the combined focal length 5 of the lens is shorter than the focal length f 2 of the second lens may be set. This condition is as follows.
【００１８】式（１）から、 ｆ1 ＞０の場合（凹面ミラーの場合）：ｔ＝ｆ2 のと
きｆ＝ｆ2 となり、光路長は変化しない。From the equation (1), when f 1 > 0 (in the case of a concave mirror): When t = f 2 , f = f 2 and the optical path length does not change.
【００１９】ｔ＜ｆ2 のときｆ＜ｆ2 となり、光路長
は短縮される。つまり凹面ミラーを第２レンズの焦点距
離ｆ2 内に置くことが条件となる。 ｆ1 ＜０の場合（凸面ミラーの場合）：ｔ＝ｆ2 のと
きｆ＝ｆ2 となり、光路長は変化しない。When t <f 2 , f <f 2 and the optical path length is shortened. That is, the condition is to place the concave mirror within the focal length f 2 of the second lens. When f 1 <0 (in the case of a convex mirror): When t = f 2 , f = f 2 and the optical path length does not change.
【００２０】ｔ＞ｆ2 のときｆ＜ｆ2 となり、光路長
は短縮される。つまり凸面ミラーを第２レンズの焦点距
離ｆ2 の外に置くことが条件となる。次に、このような
曲面ミラーを用いることにより生じるライン湾曲につい
て図３を用いて説明する。When t> f 2 , f <f 2 and the optical path length is shortened. That is, the condition is that the convex mirror is placed outside the focal length f 2 of the second lens. Next, the line curve generated by using such a curved mirror will be described with reference to FIG.
【００２１】図３は凸面ミラーによる読取りライン湾曲
発生の例を示す。なお凹面ミラーの場合は湾曲の方向が
凸面ミラーと逆になる。図３の（ａ）は凸面ミラー１１
とラインセンサへの光路との交点位置が、ミラーの中央
部と周辺部とで異っていることを示す。図３の（ｂ）は
その結果、原稿上の読取りラインが湾曲することを示
す。この読取りラインの湾曲は、凸面レンズの傾きが水
平に近づくほど大きくなる。このようなライン湾曲は、
画像処理により、ラインセンサの読取りラインを曲面化
することにより補正することができる。FIG. 3 shows an example in which the reading line curve is generated by the convex mirror. In the case of a concave mirror, the bending direction is opposite to that of the convex mirror. FIG. 3A shows the convex mirror 11
Indicates that the position of the intersection between the optical path to the line sensor and the optical path to the line sensor is different between the central part and the peripheral part of the mirror. As a result, FIG. 3B shows that the reading line on the original is curved. The curvature of the reading line becomes larger as the inclination of the convex lens approaches horizontal. Such a line curve is
By the image processing, the read line of the line sensor can be corrected by making it curved.
【００２２】[0022]
【実施例】図４ないし図７により、本発明における読取
りラインの湾曲補正の実施例を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of correcting the curvature of a read line in the present invention will be described with reference to FIGS.
【００２３】図４は、第１の実施例であり、読取られた
画像データの座標変換を行って電気的にライン湾曲補正
を行うものである。図４において、は原稿の座標空間
であり座標はリニアにｆ（ｘ，ｙ）で表わされる。は
光学系であり、曲面ミラーを含むことにより画像空間を
湾曲させる伝達関数をもつ。は光学系を通して読取ら
れた画像データが格納されているイメージバッファの座
標空間であり、湾曲された座標はＦ（ｘ，ｙ）＝ｇ｛ｆ
（ｘ，ｙ）｝で表わされる。は座標変換処理であり、
逆関数ｇ-1を用いて、ｇ-1｛Ｆ（ｘ，ｙ）｝の座標変換
を行ってイメージバッファから画像データを読出す。
は出力画像の座標空間であり、元のリニアなｆ（ｘ，
ｙ）が得られる。FIG. 4 shows the first embodiment, in which the coordinate transformation of the read image data is performed to electrically correct the line curve. In FIG. 4, is the coordinate space of the document, and the coordinates are linearly represented by f (x, y). Is an optical system, which has a transfer function that bends the image space by including a curved mirror. Is the coordinate space of the image buffer in which the image data read through the optical system is stored, and the curved coordinates are F (x, y) = g {f
(X, y)}. Is the coordinate conversion process,
Using the inverse function g -1 , the coordinate transformation of g -1 {F (x, y)} is performed and the image data is read from the image buffer.
Is the coordinate space of the output image, and the original linear f (x,
y) is obtained.
【００２４】図５は、上述した第１の実施例の装置構成
を示したものである。図５において、１３はラインセン
サのＣＣＤ、１４はアナログの画像信号のＣＣＤ出力を
デジタルの画像データに変換するＡ／Ｄ変換器、１５は
１画面分あるいは数ライン分の画像データを格納するイ
メージバッファ、１６はリニアな書き込みアドレスをカ
ウンタにより発生する書込みアドレス発生部、１７は座
標変換データをもつルックアップテーブルＬＵＴをリニ
アなカウンタ出力により参照して座標（実際はイメージ
バッファのアドレス）変換を行い結果の読出しアドレス
を発生する読出しアドレス発生部、１８は書込みアドレ
スと読出しアドレスの一方を選択するセレクタである。FIG. 5 shows the device configuration of the above-described first embodiment. In FIG. 5, 13 is the CCD of the line sensor, 14 is an A / D converter that converts the CCD output of the analog image signal into digital image data, and 15 is an image that stores image data for one screen or several lines. A buffer, 16 is a write address generator that generates a linear write address by a counter, and 17 is a result of performing coordinate (actually, image buffer address) conversion by referring to a lookup table LUT having coordinate conversion data with a linear counter output. Is a read address generating unit for generating the read address, and 18 is a selector for selecting one of the write address and the read address.
【００２５】入力画像データのイメージバッファ１５へ
の書込み時にはリニアな書込みアドレスを用いて図４の
の状態とし、読出し時に座標変換された読出しアドレ
スを用いて図４のにおけるライン湾曲補正を行い、図
４のに示すリニアな出力画像データを得る。When the input image data is written in the image buffer 15, a linear write address is used to bring the state of FIG. 4 into effect, and when read out, the line curvature correction in FIG. 4 is performed using the coordinate-converted read address. The linear output image data shown in 4 is obtained.
【００２６】次に図６により、ライン湾曲補正を行う図
５のルックアップテーブルＬＵＴにおける座標変換デー
タについて説明する。図６において、−ａからａまでの
湾曲したラインｌの曲率半径γが１であるとすると、ラ
インｌ上の任意の点Ｐの座標（ｘ1 ，ｙ1 ）は、Ｐとａ
の角度θ，φを用いて次のように表わされる。Next, referring to FIG. 6, the coordinate conversion data in the look-up table LUT of FIG. 5 for correcting the line curve will be described. In FIG. 6, assuming that the radius of curvature γ of the curved line l from −a to a is 1, the coordinates (x 1 , y 1 ) of an arbitrary point P on the line l are P and a.
It is expressed as follows using the angles θ and φ of.
【００２７】 ｙ1 ＝ sinθ− sinφ ・・・・・(3) ｘ1 ＝ cosθ ・・・・・(4) （φ≦θ≦π−φ）θとφはそれぞれθ＝ cos-1ｘ1 ，
φ＝ cos-1ａであるから、式（３）は次のようになる。Y 1 = sin θ−sin φ (3) x 1 = cos θ (4) (φ ≦ θ ≦ π−φ) θ and φ are respectively θ = cos −1 x 1 ，
Since φ = cos −1 a, the equation (3) is as follows.
【００２８】 ｙ1 ＝ sin（ cos-1ｘ1 ）− sin（ cos-1ａ）・・・・・(5) したがって、ルックアップテーブルＬＵＴは、各ｘ1 に
対応する湾曲補正量（−ｙ1 ）を与えるようにすればよ
く、次のような逆関数のデータを正規化して保持させ
る。Y 1 = sin (cos −1 x 1 ) −sin (cos −1 a) ... (5) Therefore, the lookup table LUT has the curvature correction amount (−y) corresponding to each x 1. 1 ) is given, and the following inverse function data is normalized and held.
【００２９】 ｙ＝ sin（ cos-1ａ）− sin（ cos-1ｘ） ・・・・・(6) 図７は、本発明の第２の実施例であり、ラインセンサの
受光面の形状を直線ではなく、湾曲ラインに合わせて湾
曲させた構造とするものである。この実施例では座標変
換は不要となる。Y = sin (cos −1 a) −sin (cos −1 x) (6) FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention, in which the shape of the light receiving surface of the line sensor is Is not a straight line, but is curved according to the bending line. In this embodiment, coordinate conversion is unnecessary.
【００３０】図８は、本発明における球面収差補正の実
施例である。プラテンガラスを湾曲させ、原稿面を湾曲
させることにより曲面ミラーにより発生する球面収差が
打ち消されるようにするものである。また曲面ミラーに
よる球曲収差を補正する手段として曲面ミラーを非球面
とすることにより球面収差を吸収することも可能であ
り、この場合プラテンガラスを平面とすることが可能で
ある。ただしこの実施例方式は、光学系の被写界深度が
十分にある場合には不要である。FIG. 8 shows an embodiment of spherical aberration correction in the present invention. By curving the platen glass and curving the document surface, the spherical aberration generated by the curved mirror is canceled. In addition, spherical aberration can be absorbed by making the curved mirror an aspherical surface as a means for correcting spherical aberration due to the curved mirror. In this case, the platen glass can be made flat. However, this embodiment system is not necessary when the depth of field of the optical system is sufficient.
【００３１】[0031]
【発明の効果】本発明により、簡単な機構で光学系の光
路長が短縮されるため、光学読取ユニットをコンパクト
にすることができ、画像読取装置の小型化が可能とな
る。According to the present invention, since the optical path length of the optical system is shortened by a simple mechanism, the optical reading unit can be made compact and the image reading apparatus can be made compact.
【図１】本発明の原理的構成図である。FIG. 1 is a principle configuration diagram of the present invention.
【図２】レンズの合成焦点距離の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a combined focal length of lenses.
【図３】曲面ミラーの球面収差によるライン湾曲の説明
図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of line curve due to spherical aberration of a curved mirror.
【図４】ライン湾曲補正の第１の実施例の説明図であ
る。FIG. 4 is an explanatory diagram of a first embodiment of line curve correction.
【図５】第１の実施例の装置構成図である。FIG. 5 is a device configuration diagram of a first embodiment.
【図６】ライン湾曲を補正する座標変換の説明図であ
る。FIG. 6 is an explanatory diagram of coordinate conversion for correcting line curvature.
【図７】ライン湾曲補正の第２の実施例の説明図であ
る。FIG. 7 is an explanatory diagram of a second embodiment of line curve correction.
【図８】球面収差補正の実施例の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of spherical aberration correction.
【図９】従来の画像読取装置の構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional image reading apparatus.
【図１０】従来の画像読取装置における光学読取ユニッ
トの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of an optical reading unit in a conventional image reading device.
４ 光学読取ユニット ５ ランプ ６ 平面ミラー ７ レンズ ８ ラインセンサ ９ 原稿 １０ 光路 １１ 凸面ミラー １２ 凹面ミラー 4 Optical Reading Unit 5 Lamp 6 Plane Mirror 7 Lens 8 Line Sensor 9 Original 10 Optical Path 11 Convex Mirror 12 Concave Mirror
Claims (3)
た縮小型光学系を有し、移動可能につくられた光学読取
ユニットをそなえた画像読取装置において、 上記光学読取ユニットの縮小型光学系の折り返し光路中
の少なくとも１つのミラーを凹面あるいは凸面の曲面ミ
ラーで構成したことを特徴とする画像読取装置。1. An image reading apparatus having a movable optical reading unit having a reduction optical system using a return optical path formed by a plurality of mirrors, wherein the reduction optical system of the optical reading unit is folded back. An image reading apparatus characterized in that at least one mirror in the optical path is composed of a concave or convex curved mirror.
面ミラーにより生じる読取ラインの湾曲を、その逆関数
にしたがって読取画像データの画面アドレスを変換する
ことにより補正することを特徴とする画像読取装置。2. The image reading apparatus according to claim 1, wherein the curvature of the read line caused by the curved mirror in the folding optical path is corrected by converting the screen address of the read image data according to its inverse function. ..
面ミラーにより生じる球面収差を、原稿搭載用プラテン
ガラスを湾曲させることにより補正することを特徴とす
る画像読取装置。3. The image reading apparatus according to claim 1, wherein spherical aberration caused by the curved mirror in the folding optical path is corrected by bending the platen glass for mounting the original.
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| JP3208047A JP2686002B2 (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Image reading device |
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| Publication Number | Publication Date |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010200135A (en) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Ricoh Co Ltd | Document lighting system and image reader using the same |
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