(57)【要約】【課題】小型であってかつ被写界深度が十分に深い結像光学系を具える。【解決手段】被入力画像が記録された記録媒体を接触させる画像入力プレート30-1と、画像受光面32-2に結像された被入力画像を取り込む画像受光素子32-1と、被入力画像を画像受光面に結像させる結像光学系50とを具える画像入力装置である。結像光学系は、2枚のレンズを組み合わせて形成される合同の構成の単位結像光学系が、当該単位結像光学系の光軸を互いに平行となるようにアレイ状に配列されている。単位結像光学系の横倍率は1よりも小さくなるように設定されており、単位結像光学系の途中に形成される中間実像24の大きさdは、隣接する単位光学系の光軸間隔Sよりも小さく形成されるように単位結像光学系が構成されている。【選択図】図３
2011205542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被入力画像が記録された記録媒体を接触させる画像入力プレートと、
前記画像入力プレートを介して入力された前記被入力画像が画像受光面に結像されて、該結像された画像を取り込む画像受光素子と、
前記画像入力プレートと前記画像受光素子との間に配置され、前記被入力画像を前記画像受光面に結像させる結像光学系と
を具える画像入力装置であって、
前記結像光学系は、2枚のレンズを組み合わせて形成される合同の構成の単位結像光学系が、当該単位結像光学系の光軸を互いに平行となるようにアレイ状に配列されて構成されており、
前記単位結像光学系の横倍率が1より小さく、かつ
前記単位結像光学系において、途中に形成される中間実像の大きさが、隣接する単位結像光学系の光軸間隔よりも小さく形成されるように当該単位結像光学系を形成する前記2枚のレンズが配置されている
ことを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】
隣接する前記単位結像光学系の間には、該単位結像光学系を構成するレンズの、前記画像入力プレートに近い側に配置されるレンズから前記画像受光素子に近い側に配置されるレンズに達する遮蔽用側壁が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像入力装置。
【請求項３】
前記画像受光素子に、隣接する前記単位結像光学系によって形成される画像成分のうち重複する画像成分の信号を電子的に加算処理して、当該加算処理された画像成分を読み取り画像として取得する画像合成部が付加されている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像入力装置。
【請求項４】
前記単位結像光学系において、前記中間実像が形成される位置に、隣接する前記単位結像光学系によって形成される画像成分を遮断する絞りが設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像入力装置。
【請求項５】
隣接する前記単位結像光学系の間には、該単位結像光学系を構成するレンズの、前記画像入力プレートに近い側に配置されるレンズから前記画像受光素子に達する遮蔽用側壁が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像入力装置。
【請求項６】
前記単位結像光学系がコリメート結像系として形成されており、かつ
隣接する前記単位結像光学系の間には、該単位結像光学系を構成するレンズの、前記画像入力プレートに近い側に配置されるレンズから前記画像受光素子に達する遮蔽用側壁が設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像入力装置。
【請求項７】
被入力画像が記録された記録媒体を接触させる画像入力プレートと、
前記画像入力プレートを介して入力された前記被入力画像が画像受光面に結像されて、該結像された画像を取り込む画像受光素子と、
前記画像入力プレートと前記画像受光素子との間に配置され、前記被入力画像を前記画像受光素子の画像受光面に結像させる結像光学系と
を具える画像入力装置であって、
前記結像光学系は、複数の合同のレンズを、当該レンズの光軸が互いに平行となるように同一平面上にアレイ状に配列されて構成され、
前記レンズは横倍率が1より小さくなるように配置されており、
隣接する前記レンズ間には、該レンズから前記画像受光素子に達する遮蔽用側壁が設けられている
ことを特徴とする画像入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、2次元画像が記録された記録媒体から当該2次元画像を取り込むための画像入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来コピー装置等で使用される画像入力装置は、物体面である画像入力プレートの表面に原稿を置き、この原稿に記録された2次元画像（以後、2次元原稿画像ということもある。）を結像レンズによって画像受光面に縮小結像させて、縮小結像された実像を1次元ラインセンサーによって線画像として取得させる構成とするのが一般的である。
【０００３】
このような構成の画像入力装置では、2次元原稿画像を順次移動させてラインセンサーによって順次線画像を読み取り2次元の読み取り画像を形成する構成とされている場合と、2次元原稿画像の位置は固定したまま結像レンズとラインセンサーとが一体に形成された構造体を順次移動させて当該ラインセンサーによって順次線画像を読み取り2次元の読み取り画像を形成する構成とされている場合とがある。
【０００４】
一般的に、画像入力プレートである平板ガラス板の表面に、書籍等の2次元原稿画像を手動で接触させて読み取る構成とされているか、あるいはオートシートフィーダーに代表される原稿搬送機構によって、読み取る原稿を自動的に上述の平板ガラス板の表面に接触させる構成とされる。画像入力装置の画像入力面は、この平面ガラス板の表面によって設定される。そこで、以下の説明では、平面ガラス板の表面を画像入力面ということもある。
【０００５】
書籍のページを開いて2次元原稿画像が印刷された面を画像入力面に接触させる場合、2次元原稿画像の印刷面の全面をこの画像入力面に一様に接触させることは難しく、ページの境目に近い位置の2次元原稿画像の印刷面は、画像入力面からずれた位置に設置される。画像入力面からずれた位置の2次元原稿画像は画像受光面上には結像されず、この部分がぼやけた像として形成される。
【０００６】
また、原稿搬送機構によって搬送され画像取り込みが行われる2次元原稿画像が印刷された原稿用紙にあっても、原稿用紙自体の皺、あるいは搬送機構に起因する画像入力面への印加圧力の不足等によって、2次元原稿画像の一部が画像入力面からずれた位置に設定されて読み込まれることがある。
【０００７】
図1を参照して、画像受光面に2次元原稿画像を縮小結像させる結像レンズの特性に基づく、画像入力面からのずれが画像受光面に結像される像に与える影響について説明する。図1は、2次元原稿画像の画像入力面からのずれ量と、画像受光面に結像されるはずの像が当該画像受光面からどれだけずれて結像されるかについての説明に供する図である。
【０００８】
図1は、画像入力面を設定する平板ガラス板の表面12に2次元原稿画像が設置され、この2次元原稿画像が結像レンズ10によって画像受光面14に結像される様子を示している。図1に示すように、2次元原稿画像が平板ガラス板の表面12からΔzだけずれた位置にある場合、このずれた位置にある2次元原稿画像は、画像受光面14からΔz’だけずれた位置に結像される。
【０００９】
図1では、画像入力面を設定する平板ガラス板及び画像受光面14を有する画像受光素子についてその図示を省略してあり、画像受光面に結像されるはずの像のずれ量の説明に必
要となる平板ガラス板の表面12及び画像受光面14を示してある。
【００１０】
ここで、2次元原稿画像が結像レンズ10によって画像受光面14に縮小結像されるものとした場合、画像受光面14に縮小結像される像の大きさD'と2次元原稿画像の大きさDとの比D'/Dを縮小倍率といいLで表す。すなわちL＝D'/Dである。また、この縮小倍率Lは横倍率と呼ばれることもある。
【００１１】
一方、2次元原稿画像の平板ガラス板の表面12からのずれ量Δzと画像受光面14に形成されるはずの像の結像位置の当該画像受光面14からのずれ量Δz'との比Δz'/Δzを縦倍率といいQで表す。すなわち、Q=Δz'/Δzである。このようにLとQの値を定義すると、Q∝L２の関係がある。従って、横倍率Lを1/10に設定すると縦倍率Qは1/100となる。すなわち、Δz’はΔzの1／100まで縮小されることとなる。
【００１２】
一般に、Δz'を結像レンズ10の焦点深度以内に収めれば、2次元原稿画像が結像レンズ10によって画像受光面14にボケが生じることなく結像されたとみなすことが可能となる。すなわち、縮小倍率Lをできる限り1よりも小さくなるように設定することによって、2次元原稿画像の平板ガラス板の表面12からのずれ量Δzがある程度大きくとも、画像受光面14からの結像位置のずれ量Δz'を十分小さく、すなわち結像レンズ10の被写界深度以内に収めることが容易となる。
【００１３】
しかしながら、結像レンズ10による縮小倍率Lをできる限り1よりも小さくなるように設定するには、結像レンズ10に大口径レンズを使う必要があり、また、平板ガラス板の表面12から画像受光面14までの距離を長くとる必要が生じる（例えば、特許文献1〜3参照）。すなわち、結像レンズ10を含む結像光学系が大型化するという問題点がある。この場合、平板ガラス板の表面12から画像受光面14までの距離は、例えば、数十センチメートル程度である。
【００１４】
結像光学系が大型化するという問題点を解決するものとして、ロッドレンズアレイを結像光学系に導入した密着画像センサー（CIS: Contact Image Sensor）方式が、特に低価格の画像入力装置に使用されている。
【００１５】
図2(A)〜図2(C)を参照してロッドレンズについて、その構造及び機能について説明する。図2(A)〜図2(C)は、ロッドレンズの構造およびその機能についての説明に供する図であり、図2(A)はロッドレンズの光軸を含み光軸の方向に沿った断面を示す図であり、図2(B)はロッドレンズの光軸を中心とする屈折率分布を示す図であり、図2(C)はロッドレンズによる結像の原理を示す図である。
【００１６】
ロッドレンズ16は図2(B)に示すように、光軸を中心として光軸から離れロッドレンズの周辺に近づくほど屈折率が連続的に小さくなるように形成されている。このような屈折率構造を有するロッドレンズ16においては、図2(A)に示すように、入力された光が正弦波状に伝播することが知られている。光の伝播光路を示す正弦波の周期をPとすると、この周期Pの3/4の長さのロッドレンズ16を使用すると図2(C)に示すように、等倍の正立結像光学系を実現することができる。すなわち、入力画像20が周期Pの3/4の長さのロッドレンズ16に入力されると、ロッドレンズ16の出力側に等倍の正立像22が形成される。
【００１７】
CIS方式においては、このようなロッドレンズをアレイ状に配列し、原稿の幅に等しい幅を有するラインセンサーによって等倍正立画像を読み取ることが可能な構成とされている。
【００１８】
上述のCIS方式に利用されるロッドレンズの直径は1 mm以下であり、CIS方式の画像入力
装置における原稿からラインセンサーまでの共役長、すなわち、図2(C)に示す入力画像20から正立像22までの距離は20 mm以下に設定されている。すなわち、通常のガラスレンズを結像レンズとして構成される画像入力装置の結像光学系に比べて、CIS方式の結像光学系はその寸法が飛躍的小さく設定されている。
【００１９】
しかしながら、ロッドレンズによって構成される結像光学系は、入力画像20と正立像22とが合同である等倍結像光学系となり、被写界深度が数百ミクロンメートル程度と、非常に浅くなるという問題点をはらんでいる。このため、CIS方式では読み取りの解像度が低くなるので、ファクシミリ伝送装置等の解像度が低くても許される用途にその使用が限定されている。
【００２０】
CIS方式においては、このような被写界深度が浅いという問題点を解決するために、複数のロッドレンズを具えこれらのロッドレンズを切り換えて使用することによって対応するという手法が開示されている（例えば、特許文献4参照）。また、ロッドレンズアレイ光学系の入力面と原稿面の間隔の不均一を制御するために、読み取り光学系全体を原稿面に押し付ける機構を設ける工夫もなされている(例えば、特許文献5参照)。更に、ロッドレンズアレイ光学系の入力面と原稿面の間隔を常に一定に保つために、ファイバープレートを付加した機構も提案されている（例えば、特許文献6参照）。しかしながら、上述の何れの機構も、ロッドレンズによる結像光学系はその縮小倍率が1であることから、浅い被写界深度の問題を根本的に解決するものとはなっていない。
【００２１】
また、ロッドレンズアレイ光学系に限らず、通常の光学レンズによって縮小倍率が1である単位結像光学系を構成しこの単位結像光学系をアレイ状に配列した結像光学系を利用して形成される画像入力装置も開示されている(例えば、特許文献7及び8参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開昭57-154219号公報
【特許文献２】特開2000-13575号公報
【特許文献３】特開2009-206842号公報
【特許文献４】特開平10-229473号公報
【特許文献５】特開平10-293839号公報
【特許文献６】特開2004-295890号公報
【特許文献７】特公昭49-8893号公報
【特許文献８】特開2008-92006号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上述したように、ロッドレンズを用いて構成される結像光学系は、その縮小倍率が1であることから、浅い被写界深度の問題を根本的に解決するものとはならない。そこで、本願の発明者は、通常の光学レンズによって縮小倍率が1より小さい単位結像光学系を構成しこの単位結像光学系をアレイ状に配列した結像光学系を利用して、CIS方式の結像光学系が有している小型であるという特長を持ちつつ、被写界深度も十分に深く構成することが可能であるという特長も併せ持つ画像入力装置を形成することにつき鋭意検討した。その結果、この課題が解決された結像光学系を具える画像入力装置を発明するに至った。
【００２４】
従って、この発明の目的は、小型であってかつ縮小倍率が1より小さい、すなわち被写界深度が十分に深い結像光学系を具えた画像入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述の目的を達成するため、この発明の要旨によれば、以下の構成の画像入力装置が提供される。
【００２６】
この発明の第1の画像入力装置は、被入力画像が記録された記録媒体を接触させる画像入力プレートと、画像入力プレートを介して入力された被入力画像が画像受光面に結像されて、この結像された画像を取り込む画像受光素子と、画像入力プレートと画像受光素子との間に配置され、被入力画像を画像受光面に結像させる結像光学系とを具える画像入力装置である。
【００２７】
結像光学系は、2枚のレンズを組み合わせて形成される合同の構成の単位結像光学系が、当該単位結像光学系の光軸を互いに平行となるようにアレイ状に配列されて構成される。
【００２８】
そしてこの単位結像光学系は、その横倍率が1より小さく、かつこの単位結像光学系の途中に形成される中間実像の大きさが、隣接する単位結像光学系の光軸間隔よりも小さく形成されるように当該単位結像光学系を形成する2枚のレンズが配置されて構成されている。
【００２９】
好ましくは、隣接する単位結像光学系の間には、この単位結像光学系を構成するレンズの、画像入力プレートに近い側に配置されるレンズから画像受光素子に近い側に配置されるレンズに達する遮蔽用側壁を設けるのがよい。
【００３０】
また、好ましくは、画像受光素子に、隣接する単位結像光学系によって形成される画像成分のうち重複する画像成分の信号を電子的に加算処理して、当該加算処理された画像成分を読み取り画像として取得する画像合成部を付加した構成とするのがよい。
【００３１】
また、単位結像光学系において、中間実像が形成される位置に、隣接する単位結像光学系によって形成される画像成分を遮断する絞りを設けるのが好適である。
【００３２】
また、隣接する単位結像光学系の間には、この単位結像光学系を構成するレンズの、画像入力プレートに近い側に配置されるレンズから画像受光素子に達する遮蔽用側壁を設けてもよい。
【００３３】
また、単位結像光学系をコリメート結像系として形成し、かつ隣接する単位結像光学系の間には、この単位結像光学系を構成するレンズの、画像入力プレートに近い側に配置されるレンズから画像受光素子に達する遮蔽用側壁を設ける構成としてもよい。
【００３４】
この発明の第2の画像入力装置は、被入力画像が記録された記録媒体を接触させる画像入力プレートと、画像入力プレートを介して入力された被入力画像が画像受光面に結像されて、この結像された画像を取り込む画像受光素子と、画像入力プレートと画像受光素子との間に配置され、被入力画像を画像受光素子の画像受光面に結像させる結像光学系とを具える画像入力装置である。
【００３５】
結像光学系は、複数の合同のレンズを、当該レンズの光軸が互いに平行となるように同一平面上にアレイ状に配列されて構成されている。そして、このレンズは横倍率が1より小さくなるように配置されている。また、隣接するレンズ間には、このレンズから画像受光素子に達する遮蔽用側壁が設けられている。
【発明の効果】
【００３６】
この発明の第1の画像入力装置によれば、結像光学系が2枚のレンズを組み合わせて形成
される合同の構成の単位結像光学系がアレイ状に配列された構成とされている。
【００３７】
結像光学系を図1に示すような大口径の単一のレンズで構成して被入力画像の全体をこの単一レンズで取り込む構成とせずに、結像光学系を単位結像光学系のアレイ状の配列構成とすることによって、各単位結像光学系が被入力画像を分割して取り込み、各単位結像光学系が取り込んだ分割画像の総体として被入力画像を取り込む構成としたことにより、結像光学系に大口径レンズを使う必要がなくなり、画像入力プレートと画像受光素子との間の距離を長くとる必要もなくなる。
【００３８】
また、結像光学系を、小口径のレンズで構成される単位結像光学系のアレイ状の配列構成として結像光学系を形成したため、単位結像光学系の縮小倍率を1よりも小さく設定しても、画像入力プレートと画像受光素子との間の距離を短く構成することが可能となる。そして、この単位結像光学系の縮小倍率を1よりも小さく設定することによって、この発明の第1の画像入力装置が具える光学系を、被写界深度が十分に深い結像光学系として形成することも可能となる。
【００３９】
隣接する単位結像光学系の間に、この単位結像光学系を構成するレンズの画像入力プレートに近い側に配置されるレンズから画像受光素子に近い側に配置されるレンズに達する遮蔽用側壁を設けることによって、隣接する単位結像光学系によって画像受光素子に重複して形成される画像を除去することが可能となる。この重複して形成される像は、一般にその結像位置がずれて画像受光素子の受光面に結像されるため、画像受光面上に結像される像のゴーストとなり、結像品質を低下させる要因となる。
【００４０】
画像受光素子に、隣接する単位結像光学系によって形成される画像成分のうち重複する画像成分の信号を電子的に加算処理して、当該加算処理された画像成分を読み取り画像として取得する画像合成部を付加した構成とすると以下の効果が得られる。すなわち、隣接する単位結像光学系の縮小倍率を、隣接する単位結像光学系によって画像受光素子に重複して形成される画像がちょうど合同な図形同士として重なりあるように調整することが可能である。この場合は、隣接する単位結像光学系によって形成される画像成分のうち重複する画像成分の信号を電子的に加算処理することによって、より高品質の画像とすることが可能である。
【００４１】
単位結像光学系において、中間実像が形成される位置に隣接する単位結像光学系によって形成される画像成分を遮断する絞りを設けることによって、隣接する単位結像光学系によって画像受光素子に重複して形成される画像を除去することが可能となる。
【００４２】
また、隣接する単位結像光学系の間に、この単位結像光学系を構成するレンズの、画像入力プレートに近い側に配置されるレンズから画像受光素子に達する遮蔽用側壁を設けることによって、隣接する単位結像光学系によって画像受光素子に重複して形成される画像を一層効果的に除去することが可能となる。
【００４３】
単位結像光学系をコリメート結像系として形成し、かつ隣接する単位結像光学系の間には、この単位結像光学系を構成するレンズの、画像入力プレートに近い側に配置されるレンズから画像受光素子に達する遮蔽用側壁を設ける構成とすることによって、画像入力プレートと画像受光素子との間隔を自在に設定することが可能となる。すなわち、画像入力プレートと画像受光素子との間隔を変化させても単位結像光学系の縮小倍率が変化しないという利点が得られ、画像入力装置の設計自由度を大きくすることができる。
【００４４】
この発明の第2の画像入力装置によれば、結像光学系を構成する単位結像光学系は1枚のレンズで構成される。そのため、結像光学系を上述のこの発明の第1の入力画像装置の結
像光学系と比較して単純な構成とすることが可能である。また、隣接するレンズ間にはこのレンズから画像受光素子に達する遮蔽用側壁が設けられているので、隣接する単位結像光学系によって画像受光素子に重複して形成される画像成分を除去することも可能な構成となっている。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】2次元原稿画像の画像入力面からのずれ量と、画像受光面に結像されるはずの像が当該画像受光面からどれだけずれて結像されるかについての説明に供する図である。
【図２】ロッドレンズの構造およびその機能についての説明に供する図であり、(A)はロッドレンズの光軸を含み光軸の方向に沿った断面を示す図であり、(B)はロッドレンズの光軸を中心とする屈折率分布を示す図であり、(C)はロッドレンズによる結像の原理を示す図である。
【図３】この発明の実施形態の第1の画像入力装置を、この装置が具える結像光学系を構成する単位結像光学系の光軸を含む面で切断して示す概略的断面構成図である。
【図４】遮蔽用側壁の役割についての説明に供する図である。
【図５】画像合成部が付加されたこの発明の実施形態の第1の画像入力装置の構成例の説明に供する図である。
【図６】この発明の実施形態の第1の画像入力装置において実像の結像倍率の値が十分に小さくない場合、あるいは単位結像光学系を形成する第1レンズの画角が大きい場合において生じる不都合についての説明に供する図である。
【図７】ゴーストの発生を防ぐことが可能である結像光学系の構成例についての説明に供する図である。
【図８】遮蔽用側壁を設けるという対策を施すことでゴーストの発生を防ぐことを可能とした結像光学系の構成例についての説明に供する図である。
【図９】コリメート結像系として形成された単位結像光学系をアレイ状に配列して構成される結像光学系の構成例についての説明に供する図である。
【図１０】この発明の実施形態の第2の画像入力装置を、この装置が具える結像光学系を構成する単位結像光学系の光軸を含む面で切断して示す概略的断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、図3〜図10を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、図3〜図10は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の条件等を用いることがあるが、これらの条件等は好適例の一つに過ぎず、従って、何らこれらに限定されない。また、上述した図3〜図10において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。
【００４７】
＜この発明の実施形態の第1の画像入力装置＞
図3を参照して、この発明の実施形態の第1の画像入力装置の構成及びその動作について説明する。図3は、この発明の実施形態の第1の画像入力装置を、この装置が具える結像光学系を構成する単位結像光学系の光軸を含む面で切断して示す概略的断面構成図である。
【００４８】
この発明の実施形態の第1の画像入力装置は、画像入力プレート30-1と、結像光学系50と、画像受光素子32-1とを具える画像入力装置である。画像入力プレート30-1には被入力画像が記録された記録媒体（図示を省略してある。）が接触させられてこの被入力画像が画像入力プレート30-1の表面に設定される。結像光学系50は、画像入力プレート30-1と画像受光素子32-1との間に配置され、被入力画像を画像受光面32-2に結像させる。画像受光素子32-1は、当該画像受光素子32-1の画像受光面32-2に結像された被入力画像を電気信号
の形式で取り込む機能を有している。
【００４９】
すなわち、この発明の実施形態の第1の画像入力装置の使用に当たっては、まず被入力画像を画像入力面30-2に設置し、結像光学系50によって画像受光素子32-1の画像受光面32-2に結像させる。そして画像受光素子32-1によって結像された被入力画像が電気信号の形式で取り込まれる。
【００５０】
結像光学系50は、2枚のレンズを組み合わせて形成される合同の構成の単位結像光学系が、当該単位結像光学系の光軸を互いに平行となるようにアレイ状に配列されて構成される。
【００５１】
結像光学系50の図3における最上段に配置される単位結像光学系は、画像入力プレート30-1に近い側に配置される第1レンズ34-1と画像受光素子32-1に近い側に配置される第2レンズ36-1との2枚が配置されて形成されている。最上段の一つ下段に形成される、単位結像光学系は、画像入力プレート30-1に近い側に配置される第1レンズ34-2と画像受光素子32-1に近い側に配置される第2レンズ36-2との2枚が配置されて形成されている。更に、最下段に形成される単位結像光学系は、画像入力プレート30-1に近い側に配置される第1レンズ34-3と画像受光素子32-1に近い側に配置される第2レンズ36-3との2枚が配置されて形成されている。
【００５２】
図3では、3つの単位結像光学系がその光軸を同一平面に含まれる配置、すなわち2次元配列された結像光学系50を示しているが、単位結像光学系は3次元的に配列して構成することも可能である。被入力画像が結像される画像受光面においてラインセンサーによって画像を取り込む構成とする場合は、結像光学系50を単位結像光学系の2次元アレイ配列として構成すればよい。一方、被入力画像が結像される画像受光面において3次元的に一度に読み込む構成とする場合は、単位結像光学系を3次元アレイ配列して結像光学系50を形成するのが好都合である。
【００５３】
図3には、結像光学系50を構成する1次元状に配置された単位結像光学系を3つ分示してあるが、単位結像光学系は、CIS方式におけるロッドレンズと同じ程度の大きさで、かつ同程度の個数が用意され、2次元あるいは3次元のアレイ状に配列され、結像光学系50が構成される。
【００５４】
第1レンズと第2レンズとを具えて構成される単位結像光学系の横倍率は1よりも小さくなるように、これら第1及び第2レンズが配置される。単位結像光学系の横倍率を1より小さく設定することにつき、第1レンズ34-1と第2レンズ36-1との2枚が配置されて形成されている単位結像光学系を例にとって説明する。これ以外の単位結像光学系も同一構造であるから、以下の説明はそのまま成り立つ。
【００５５】
第1レンズ34-1によって中間結像位置26に形成される中間実像24の結像倍率（横倍率）をMとし、第2レンズ36-1によって画像受光面32-2に結像される中間実像24に対する実像の結像倍率（横倍率）をNとすると、この単位結像光学系による被入力画像に対する画像受光面32-2に結像される実像の結像倍率（横倍率）Lは、M×Nで与えられる。すなわちL＝M×Nの関係がある。
【００５６】
ここで、Lの値が1よりも小さくなるようにMとNを設定することによって、単位結像光学系の横倍率を1より小さく設定することができる。中間実像24の結像倍率Mの値は、第1レンズ34-1の焦点距離と、画像入力面30-2から第1レンズ34-1の中心までの距離と第1レンズ34-1の中心から中間結像位置26に至るまでの距離との関係を設定すれば、周知のレンズの結像に関する法則から確定される。
【００５７】
すなわち、第1レンズ34-1の焦点距離をf1、画像入力面30-2から第1レンズ34-1の中心までの距離をa1、第1レンズ34-1の中心から中間結像位置26に至るまでの距離をb1とすれば、1/a1＋1/b1＝1/f1が成り立つので、M＝b1/a1と確定される。
【００５８】
一方、中間実像24に対する実像の結像倍率Nの値は、第2レンズ36-1の焦点距離f2と、中間結像位置26から第2レンズ36-2の中心までの距離a2と第2レンズ36-2の中心から画像受光面32-2に至るまでの距離b2を設定すれば確定される。すなわち、1/a2＋1/b2＝1/f2が成り立つので、N＝b2/a2と確定される。
【００５９】
従って、L＝M×N＝(b1/a1)×(b2/a2)＜1となるようにa1、b1、a2、及びb2を設定することによって、単位結像光学系の横倍率が1より小さく設定される。
【００６０】
ここでは、簡単のために、第1レンズ34-1及び第2レンズ36-1のそれぞれの厚みが無視できる場合を想定して説明してある。すなわち、1/a1＋1/b1＝1/f1及び1/a2＋1/b2＝1/f2は、それぞれ第1レンズ34-1及び第2レンズ36-1の厚みを無視した近似式であるので、第1レンズ34-1及び第2レンズ36-1として厚みを無視できないレンズを用いる場合はそれぞれのレンズの厚みを加味した関係式を用いてa1、b1、a2、及びb2に相当する値を算出すればよい。そして、レンズの厚みを加味した関係式を用いて算出された、上述のa1、b1、a2、及びb2に相当する値を用いて条件L＝M×N＝(b1/a1)×(b2/a2)＜1に相当する設定を行えばよい。
【００６１】
図3に示す単位結像光学系のそれぞれについて、画像受光面32-2に縮小結像される像の大きさD'と2次元原稿画像である被入力画像の大きさDとの比D'/Dで与えられる縮小倍率はLである。被入力画像の画像入力面30-2からのずれ量Δzと画像受光面32-2に形成されるはずの像の結像位置の当該画像受光面32-2からのずれ量Δz'との比Δz'/Δzとして与えられる縦倍率QはL2に比例する。従って、横倍率Lを1/3に設定すると縦倍率は1/9となる。すなわち、Δz’はΔzの1／9まで縮小されることとなる。
【００６２】
一般に、原稿に記録された2次元原稿画像の画像入力面30-2からのずれ量Δzは数ミリメートル程度であるから横倍率Lを1/3に設定すると、画像受光面32-2に形成される像と画像入力面30-2とのずれ量Δz'は、1/9 mm程度となり、ずれ量Δz'を第1レンズ34-1及び第2レンズ36-1を具えて構成される単位結像光学系の被写界深度以内に収めることは十分に可能である。
【００６３】
上述のように単位結像光学系として縮小光学系を採用することによって、ラインセンサーに高解像度が要求されることとなるが、現状入手可能であるラインセンサーの受光ピクセルの配置の最小間隔は3000〜4000 dpi (dots per inch)程度である。仮に単位結像光学系の縮小倍率を1/10としても、通常の2次元原稿画像を十分な解像度をもって受光することは可能である。
【００６４】
図3に示すように、単位結像光学系の途中に形成される中間実像24の大きさdは、隣接する単位光学系の光軸間隔Sよりも小さく形成されるように当該単位結像光学系を形成する2枚のレンズが配置されている。これは、中間実像24の大きさdが隣接する単位光学系の光軸間隔Sよりも大きく形成されると、光軸間隔Sからはみ出した中間実像24の部分に欠損が生じ、この欠損がそのまま画像受光面32-2に形成される像の欠損として現れるからである。光軸間隔Sは図3に示すように単位結像光学系の入力口径の大きさと等しい。そこで、記載の便宜に応じて光軸間隔Sと表記する場合と単位結像光学系の入力口径の大きさSと表記する場合とがある。
【００６５】
単位結像光学系を構成する第1レンズ34-1から入力される2次元原稿画像の最大の大きさを、単位結像光学系の光軸間隔S以下となるように制限するには、以下のように行えばよい。
【００６６】
2次元原稿画像の大きさが光軸間隔Sに等しい大きさであるとすると、第1レンズ34-1によって中間結像位置26に形成される中間実像24の結像倍率Mが1より小さい値となるように画像入力面30-2から第1レンズ34-1の中心までの距離a1を設定する。このように、第1レンズ34-1から入力される2次元原稿画像の最大の大きさを単位結像光学系の光軸間隔S以下となるように制限し、かつ結像倍率Mの値が設定されていれば、単位結像光学系の途中に形成される中間実像24の大きさdは、隣接する単位光学系の光軸間隔Sよりも小さく形成されるという条件が常に満たされる。
【００６７】
また、上述したように、隣接する単位結像光学系の間には、この単位結像光学系を構成するレンズの、画像入力プレートに近い側に配置される第1レンズから画像受光素子32-1に近い側に配置される第2レンズに達する遮蔽用側壁38を設けるのがよい。
【００６８】
図4を参照して、遮蔽用側壁38の役割について説明する。図4は、遮蔽用側壁38の役割についての説明に供する図であり、隣接する単位結像光学系の間に遮蔽用側壁38が設けられていない状態の、この発明の実施形態の第1の画像入力装置を単位結像光学系の光軸を含む面で切断して示す概略的断面構成図である。図4では、画像入力プレート30-1及び画像受光素子32-1の図示を省略してある。以下に示す図5から図10においても同様に画像入力プレート30-1及び画像受光素子32-1の図示を省略する。
【００６９】
図4において、画像入力面30-2に対して、単位結像光学系の入力口径の大きさSに等しい幅で第1レンズ34-1、第1レンズ34-2及び第1レンズ34-3のそれぞれに対向する領域をA1、A2及びA3と示してある。遮蔽用側壁38が設置されていない場合、例えば、図4に示すように、第1レンズ34-2は、領域A2にある被入力画像と共に領域A3にある被入力画像の一部も画像受光面32-2に結像する。同様に図示は省略してあるが、第1レンズ34-2は、領域A2にある被入力画像と共に領域A1にある画像の一部も画像受光面32-2に結像する。更に、第1レンズ34-2は領域A3にある被入力画像の一部以外にも領域A4（図示を省略してある。）にある画像の一部等も取り込むことがあり得る。
【００７０】
第1レンズ34-1及び第1レンズ34-3についても同様に、それぞれのレンズに対向する領域にある被入力画像と共に隣接する領域にある被入力画像の一部を画像受光面32-2に結像する。そして、一般に、複数の単位結像光学系からの重複する画像が画像受光面32-2のずれた位置に結像され重畳される。これによって、画像受光面32-2に結像される2次元原稿画像にはクロストーク成分が発生し、このクロストーク成分がいわゆるゴーストを形成するので、画像の品質の低下の原因となる。そこで、図3に示すように、隣接する単位結像光学系の間には、この単位結像光学系を構成するレンズの、画像入力プレート30-1に近い側に配置される第1レンズから画像受光素子32-1に近い側に配置される第2レンズに達する遮蔽用側壁38を設けるのが好ましい。
【００７１】
単位結像光学系による被入力画像に対する画像受光面32-2に結像される実像の結像倍率Lの大きさによっては、第1レンズ34-2によって、領域A2にある画像と共に領域A3にある画像の一部または全部を互いに共通する部分が画像受光面32-2の同一の位置に重なりあう条件で画像受光面32-2に結像させるという特別な条件を満足させることが可能となる。すなわち、隣接して配置されている互いの単位結像光学系によってそれぞれ形成される被入力画像の共通する部分が、画像入力面32-2の同一の位置に合同な図形として重なりあう条件で画像受光面32-2に結像させることが可能となる。
【００７２】
このような条件に設定されている場合は、画像入力面32-2に隣接する単位結像光学系によって形成される画像成分のうち重複する画像成分の信号を電子的に加算処理して、当該加算処理された画像成分を読み取り画像として取得する構成とすることが可能となる。
【００７３】
図5を参照して、画像受光面32-2に形成される画像成分のうち重複する画像成分の信号を電子的に加算処理して、当該加算処理された画像成分を読み取り画像として取得する構成とされたこの発明の実施形態の第1の画像入力装置の構成例を説明する。図5は、画像合成部28が付加されたこの発明の実施形態の第1の画像入力装置の構成例の説明に供する図である。
【００７４】
図5に示すこの発明の実施形態の第1の画像入力装置は、単位結像光学系による被入力画像に対する画像受光面32-2に結像される実像の結像倍率Lが1/3となるように設定されている。また、図5では、画像入力面30-2に対して、単位結像光学系の入力口径の大きさに等しい幅で第1レンズ34-1〜第1レンズ34-5のそれぞれに対向する領域をA1〜A5と示してある。
【００７５】
また、領域をA1〜A5にそれぞれに存在する画像を識別しやすくするために、画像入力面30-2の右側に隣接させてそれぞれ異なる模様を付した矩形の領域を示してある。また、領域をA1〜A5にそれぞれに存在する画像が画像受光面32-2に結像される対応領域を、A1〜A5の識別と対応しやすいように同一の模様を付した矩形として画像受光面32-2の右側に隣接させて示してある。
【００７６】
画像入力面30-2の右側に示された模様を付した矩形の領域は、この領域に実際に被入力画像が設置されていることを示すものではない。被入力画像が設置される位置は、あくまで画像入力面30-2である。また、画像受光面32-2に結像される対応領域を示す模様を付した矩形の領域も、この領域に実際に実像が形成されることを意味するものではない。被入力画像の実像が形成されるのは、あくまで画像受光面32-2である。
【００７７】
図6〜図10においても同様に、画像入力面30-2の右側に示された模様を付した矩形の領域は、この領域に実際に被入力画像が設置されていることを示すものではなく、また画像受光面32-2に結像される対応領域を示す模様を付した矩形の領域も、この領域に実際に実像が形成されることを意味するものではない。
【００７８】
実像の結像倍率Lが1/3となるように設定されているから、図5に示すように、第1レンズ34-2は、領域A2の画像と共に、領域A1の画像及び領域A3の画像を画像受光面32-2の同一の位置に合同な図形として重なり合う条件で結像させることが可能となっている。第1レンズ34-1、34-3、34-4及び34-5についても同様に、対向する領域の画像と共に隣接する領域の画像がそれぞれ形成される被入力画像の共通する部分が、画像受光面32-2の同一の位置に合同な図形として重なりあう条件で結像させることが可能となっている。
【００７９】
画像合成部28は、画像受光素子32-1に、隣接する単位結像光学系によって形成される画像成分のうち重複する画像成分の信号を電子的に加算処理して、当該加算処理された画像成分を読み取り画像として取得する。図5では領域A3の画像を画像受光面32-2において同一の位置に合同な図形として重なり合う条件で結像されている3つの画像を加算処理して、この領域A3の被入力画像に対応する結像成分として出力する様子を示している。同様に、領域A1、A2、A4及びA5の画像に対応するそれぞれの結像成分についても、それぞれ電子的に加算処理して結像成分として画像合成部28から出力させることが可能である。
【００８０】
領域A1〜領域A5の領域の画像が画像受光面32-2に重なり合う現象は、実像の結像倍率Lの値が十分に小さくない場合、あるいは単位結像光学系を形成する第1レンズの画角が大
きい場合には、問題が生じる。この問題について図6を参照して説明する。
【００８１】
図6は、この発明の実施形態の第1の画像入力装置において実像の結像倍率Lの値が十分に小さくない場合、あるいは単位結像光学系を形成する第1レンズの画角が大きい場合において生じる不都合についての説明に供する図である。図6において、画像受光面32-2に結像される対応領域A1〜A3、A2〜A4、及びA3〜A5の画像がそれぞれ一部重なり合うので、対応領域A1〜A3、A2〜A4、及びA3〜A5のそれぞれの画像ををずらせて示してある。図6に示す、画像受光面32-2に結像される模様を付して示す対応領域A1〜A3、A2〜A4、及びA3〜A5の画像が画像受光面32-2に実際に実像が形成されることを意味するものではない。被入力画像の実像が形成されるのは、あくまで画像受光面32-2である。
【００８２】
図6に示す結像光学系50による被入力画像に対する画像受光面32-2に結像される実像の結像倍率Lは1/2に設定されている。図6に示すように、この場合は、画像受光面32-2に結像される対応領域A1〜A3、A2〜A4、及びA3〜A5の画像がそれぞれ一部重なり合い、しかも画像受光面32-2において合同な画像が同一の位置からずれた位置に重なり合っている。このような状態が実現されるのは、単位結像光学系を形成している第1レンズの画角が、画像入力面30-2に設置された2次元原稿画像の隣接する領域にある画像を取り込むのに十分の大きさを有している場合である。
【００８３】
例えば、第1レンズ34-3が領域A2にある画像と領域A4にある画像とを、領域A3にある画像と共に取り込むのに十分な画角を有している場合に、上述の合同な画像が同一の位置からずれた位置に重なり合う状態が実現され得る。また、このような状態が出現するには、画像受光面32-2に結像される対応領域A1〜A3、A2〜A4、及びA3〜A5の画像がそれぞれ一部重なり合うように大きな実像として結像光学系50によって形成される必要がある。このように大きな実像が形成されるには、結像倍率Lの値が十分に小さくないこと（1に近いこと）が条件である。
【００８４】
以上図5を参照して説明した様に、実像の結像倍率Lの値が十分に小さくない場合、あるいは単位結像光学系を形成する第1レンズの画角が大きい場合において、第1レンズによって領域A1〜A5に存在する被入力画像が、画像受光面32-2において結像する対応領域A1〜A5の画像が同一の位置に合同な図形として重なり合う条件で画像受光面32-2に結像される条件に設定されていれば、画像合成技術によって高品質の画像が取り込まれるという利点がある。しかしながら、図6を参照して説明したように、第1レンズによって領域A1〜A5に存在する被入力画像が、画像受光面32-2において結像する対応領域A1〜A5の画像が同一の位置に合同な図形として重なり合う条件で画像受光面32-2に結像される条件に設定されていなければ、ゴーストが発生し、結像品質を低下させる要因となる。
【００８５】
そこで、図6を参照して説明したように、画像受光面32-2に結像される実像が同一の位置に合同な図形として重なり合う条件で画像受光面32-2に結像される条件に設定されていない場合であっても、ゴーストの発生を防ぐことが可能である結像光学系の構成例について図7を参照して説明する。
【００８６】
図7は、ゴーストの発生を防ぐことが可能である結像光学系の構成例についての説明に供する図である。ゴーストの発生を防ぐためには、結像光学系50を構成する単位結像光学系において、中間実像が形成される中間結像位置26に、隣接する単位結像光学系によって形成される画像成分を遮断する絞り42-1を設けることである。
【００８７】
図7に示すように、絞り42-1が設置されていなければ、領域A2に存在する被入力画像を取り込む単位結像光学系の第1レンズ34-2によって、中間実像が形成される中間結像位置26には領域A1〜A3に存在する被入力画像の実像が形成される。しかしながら、絞り42-1を
設置することによって、領域A1及びA3に存在する被入力画像の実像が遮断さ
れ、画像入力面32-2には領域A2に存在する被入力画像の実像のみが形成される。
【００８８】
同様に、領域A3に存在する被入力画像を取り込む単位結像光学系の第1レンズ34-3によって、中間実像が形成される中間結像位置26には領域A2〜A4に存在する被入力画像の実像が形成される。しかしながら、絞り42-1を設置することによって、領域A2及びA4に存在する被入力画像の実像が遮断され、画像受光面32-2には領域A3に存在する被入力画像の実像のみが形成される。また、領域A4に存在する被入力画像を取り込む単位結像光学系の第1レンズ34-4によって、中間実像が形成される中間結像位置26には領域A3〜A5に存在する被入力画像の実像が形成される。しかしながら、絞り42-1を設置することによって、領域A3及びA5に存在する被入力画像の実像が遮断され、画像受光面32-2には領域A4に存在する被入力画像の実像のみが形成される。
【００８９】
従って、ゴースト成分となる画像成分は絞り42-1によって遮断され、第2レンズ36-2、36-3、及び36-4によって、それぞれ領域A2〜A4に存在する被入力画像のみが領域A2〜A4に対向する位置に設置されたそれぞれの単位結像光学系によって、画像受光面32-2に縮小された実像として結像される。
【００９０】
ゴーストの発生を防ぐことが可能である結像光学系を構成するには、上述した中間実像が形成される中間結像位置26に絞り42-1を設ける以外に、隣接する単位結像光学系の間に第1レンズから画像受光素子32-1の画像受光面32-2に達する、遮蔽用側壁を設けるという対策を施すことでも実現される。図8を参照して、遮蔽用側壁を設けるという対策を施すことでゴーストの発生を防ぐことを可能とした結像光学系の構成例について説明する。図8は、遮蔽用側壁を設けるという対策を施すことでゴーストの発生を防ぐことを可能とした結像光学系の構成例についての説明に供する図である。
【００９１】
図8に示すように、例えば、第1レンズ34-1から第2レンズ36-1を含み画像受光面32-2に達する遮蔽用側壁44が設けられている。第1レンズ34-2〜34-5を具えて構成されるそれぞれの単位結像光学系においても同様に第1レンズから画像受光面32-2に達する遮蔽用側壁44が設けられている。
【００９２】
図6を参照して説明した結像光学系において、図8に示すように、隣接する単位結像光学系の間に第1レンズから第2レンズを含み画像受光面32-2に達する遮蔽用側壁44を設けたことによって、画像受光面32-2に結像される対応領域A1〜A3、A2〜A4、及びA3〜A5のそれぞれ一部重なり合うゴースト成分となる画像成分は遮断され、第2レンズ36-2、36-3、及び36-4によって、それぞれ領域A2〜A4に存在する被入力画像のみが画像受光面32-2に縮小された実像として結像される。
【００９３】
結像光学系50については、図9に示すように、結像光学系50を構成する単位結像光学系をコリメート結像系として形成し、かつ隣接する単位結像光学系の間に第1レンズから第2レンズを含み画像受光面32-2に達する遮蔽用側壁44を設けた構成としてもよい。図9は、コリメート結像系として形成された単位結像光学系をアレイ状に配列して構成される結像光学系の構成例についての説明に供する図である。
【００９４】
単位結像光学系50を図9に示す構成とすることによって、画像入力プレート30-1と画像受光素子32-1との間隔を自在に設定することが可能となる。すなわち、画像入力プレート30-1と画像受光素子32-1との間隔を変化させても単位結像光学系50の縮小倍率が変化しないという利点が得られ、画像入力装置の設計自由度を大きくすることができる。
【００９５】
単位結像光学系50をコリメート結像系として形成した場合、画像受光面32-2に縮小され
て結像した実像は倒立画像となる。そのため、画像受光面32-2に縮小されて結像した実像を取り込んで電気的に変換されて画像受光素子32-1から出力される画像信号を電気回路によって反転する操作が必要となる。この画像受光素子32-1の出力信号である画像信号を反転する操作は周知の技術によって実現されるので、その説明は省略する。
【００９６】
＜この発明の実施形態の第2の画像入力装置＞
図10を参照して、この発明の実施形態の第2の画像入力装置の構成及びその動作について説明する。図10は、この発明の実施形態の第2の画像入力装置を、この装置が具える結像光学系を構成する単位結像光学系の光軸を含む面で切断して示す概略的断面構成図である。
【００９７】
この発明の第2の画像入力装置は、画像入力面30-2に接触されて入力される被入力画像を結像光学系56によって画像受光面32-2に結像させる構成とされている。画像入力面30-2を確定させる画像入力プレート30-1と、画像受光面32-2を確定させる画像受光素子32-1については、上述したように図示を省略してある。
【００９８】
結像光学系56を構成する単位結像光学系は、それぞれ合同の単一のレンズによって構成されており、これらのレンズは当該レンズの光軸が互いに平行となるように同一平面上にアレイ状に配列されて構成されている。そして、このレンズ（例えば、レンズ46-1）は横倍率が1より小さくなるように配置されている。すなわち、横倍率が1より小さいレンズが、複数用意されてそれぞれのレンズを同一平面上にアレイ状に配列することによって結像光学系56が構成されている。
【００９９】
また、隣接する単位結像光学系には、このレンズから画像受光素子32-1の画像受光面32-2に達する遮蔽用側壁48が設けられている。
【０１００】
この発明の第2の画像入力装置によれば、結像光学系56を構成する単位結像光学系は1枚のレンズで構成されるため、結像光学系56を上述のこの発明の第1の入力画像装置の結像光学系と比較して単純な構成とすることが可能である。また、隣接するレンズ間にはこのレンズから画像受光面32-2に達する遮蔽用側壁48が設けられているので、隣接する単位結像光学系によって画像受光面32-2に重複して形成される画像を除去することも可能な構成となっている。
【０１０１】
単位結像光学系を単一のレンズで形成した場合、画像受光面32-2に縮小されて結像された実像は、図9に示した結像光学系50を構成する単位結像光学系をコリメート結像系として形成した場合と同様に倒立画像となる。そのため、画像受光面32-2に縮小されて結像された実像を取り込んで電気的に変換されて画像受光素子32-1から出力される画像信号を電気回路によって反転する操作が必要となる。
【符号の説明】
【０１０２】
10：結像レンズ
12：平板ガラス板の表面
14、32-2：画像受光面
16：ロッドレンズ
20：入力画像
22：正立像
24：中間実像
26：中間結像位置
28：画像合成部
30-1：画像入力プレート
30-2：画像入力面
32-1：画像受光素子
34-1、34-2、34-3、34-4、34-5：第1レンズ
36-1、36-2、36-3、36-4：第2レンズ
38、44、48：遮蔽用側壁
42-1：絞り
50、56：結像光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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