(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原稿を載置する天板と、
上記原稿の被撮像部に光を照射する光源と、
上記被撮像部で反射した上記光の散乱光を集光し画像として結像する結像光学系であって、主走査方向に複数個配置されそれぞれが独立した光学系であるセルを有し副走査方向には上記セルを第１列及び第２列の２列に配列し上記主走査方向には各セルの視野範囲を互いに補完するように各セルを千鳥状に配置した結像光学系と、
それぞれの上記セルに対応して配置され上記セルにて結像された各画像を撮像する複数の撮像素子部と、
上記撮像素子部から得られる画像情報を記憶するメモリと、
上記メモリに記憶した上記画像情報を上記セルに対応した画像毎に復元し合成することで原稿画像を作成する処理装置と、を備えた画像読取装置において、
上記被撮像部から上記セルへ向かう主光線は、上記第１列及び上記第２列の同列において上記主走査方向に沿って配置された各セル間では平行であり、上記第１列に配置される各セルと上記第２列に配置される各セルとの間では上記第１列と上記第２列との隙間側へ傾斜しており、
上記処理装置は画像修正部を有し、該画像修正部は、上記副走査方向において上記第１列及び上記第２列に配置され各セルに対応する上記撮像素子部から得られた各画像情報の副走査方向におけるズレから、焦点方向において焦点位置から上記被撮像部までの距離を求め、該距離に基づいて上記画像情報を修正して上記原稿画像を作成する、
ことを特徴とする画像読取装置。
【請求項２】
上記第１列及び上記第２列に備わる全セルは、上記原稿側にテレセントリックな光学系である、請求項１記載の画像読取装置。
【請求項３】
上記被撮像部から上記撮像素子部に至る上記反射光の光路を折り曲げる折曲げ部材をさらに備えた、請求項１又は２に記載の画像読取装置。
【請求項４】
上記セルは、複数の光学素子と絞りとを有し、上記光学素子の少なくとも一つは反射集光ミラーである、請求項１から３のいずれかに１項に記載の画像読取装置。
【請求項５】
上記絞りは反射ミラーにて形成される、請求項４記載の画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コピー機等に用いられる画像読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コピー機、スキャナ、ファクシミリ等に使用されている、一次元撮像素子を用いて読み取り位置における画像をスキャンすることによって画像全体を読み取る画像読取装置には、大きく分けて２種類の方式がある。尚、一般的に、一次元撮像素子が配列されている方向を主走査方向と呼び、スキャンする方向を副走査方向と呼ぶ。
【０００３】
２種類の方式のうちの一方は、単眼のレンズにて主走査方向の画像全体を撮像素子上に縮小転写する方式であり、コピー機にて、おもて面の読み取りに主に用いられている。この方式では、通常、原稿側に位置する撮像素子やレンズは固定され、ミラーのみが副走査方向に移動され、原稿全体がスキャンされる。この方式では、原稿側の焦点深度（被写界深度という）が数ｍｍ程度、例えば６ｍｍなど、と大きいので、コピー機の原稿読み取り面に対し、原稿が密着していなくても原稿を読み取れるという利点がある。例えば本の綴じ目のような、原稿読み取り面に密着させることができない場合でも、焦点ぼけなく読み取れるという利点があることから、コピー機のおもて面読み取り動作には、主にこの方式が用いられてきた。この方式に派生したさまざまな特許文献があるが、例えば特許文献１を挙げる（従来法１と呼ぶ）。
【０００４】
上記２種類の方式の内、他方の方式は、主走査方向の画像を複数に分割して複眼レンズで画像を読み取る方式であり、密着型イメージセンサと通常呼ばれる。この方式は、コピー機の裏面読み取りや、ファクシミリの原稿読み取り、紙幣の認識センサ、パーソナルコンピュータ用のスキャナなどに用いられ、小型であることを特徴とする。この密着型イメージセンサの光学系として、現在主流となっている従来技術は、例えば特許文献２に開示されている。ここでは、複眼レンズ（文献中では、ロッドレンズアレイ）として、半径方向に、ある関数で規定される屈折率の分布をもつロッドレンズを複数本並べてアレイ化したものを用いて、正立等倍像を得るイメージ読取装置が開示されている（従来法２と呼ぶ）。
【０００５】
密着型イメージセンサの光学系の中で代表的な方式のもう一つの例として、例えば特許文献３に開示されている方式がある。この方式では、主走査方向に分割されたセル毎に設置されているレンズにより、セルに対応する領域の画像が縮小転写されて、撮像素子に結像する。セル毎に設置されている撮像素子の出力信号を画像合成することにより、原稿面の画像が復元される（従来法３と呼ぶ）。
【０００６】
また、特許文献４には、上記従来法２または従来法３と類似するが、複眼のミラーレンズアレイを用いて正立等倍像を得る方式が開示されている（従来法４と呼ぶ）。
【０００７】
また、特許文献５には、読み取り領域を奇数番目の領域と偶数番目の領域に分け、その奇数番目、偶数番目で結像光学系の光路を変え、結像光学系はテレセントリックであり、結像面で正立等倍像を得る方式が開示されている（従来法５と呼ぶ）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０８８５２号公報
【特許文献２】特開平８−２０４８９９号公報
【特許文献３】特開平５−１４６００号公報
【特許文献４】特開平１１−８７４２号公報
【特許文献５】特開２００５−３７４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来法１に関しては、上述したように被写界深度が大きいというメリットがあるが、光学系が大型化してしまうという問題がある。また、ミラーを移動する際に原稿面からレンズまでの光路が変化しないようにするために、光路途中の複数のミラーの移動速度を制御しなければならず、及び、これらのためにコストがかかる、という問題がある。
【００１０】
従来法２に関しては、小型で低コストであるというメリットがあるものの、被写界深度が小さいという問題、色収差が大きいという問題がある。
【００１１】
従来法３に関しては、被写界深度を大きくする場合、装置が大型化するという問題、色収差が大きくなるという問題、被写界深度によって転写倍率が変わってしまうため各結像光学系単位で撮影した画像を合成する際に画像の重ね合わせの不一致が起こるという問題がある。そのため、被写界深度を大きくすることは困難である。
【００１２】
従来法４に関しては、結像光学素子として、凹面鏡を複数配置したミラーアレイを用いているので色収差がないという効果がある。しかしながら、絞り１７や第１ミラーアレイ１３、第１ミラーアレイ１４、に関する詳細な配置の記載が無いために、原稿１０がコンタクトガラス１２から大きく離れた場合に、像の転写倍率が変わることが考えられる。その結果、隣接する画像同士の重ね合わさり方が異なり、アレイ境界面での画像が劣化すると考えられ、大きな被写界深度を得ることは困難である。
【００１３】
従来法５に関しては、直線状の物体１０に対して奇数領域結像系１１〜４１と偶数領域結像系１２〜４２とで斜め方向から像を読み取っている。そのため、物体１０の焦点方向の位置が変化すると、奇数領域と偶数領域とで読み取る位置が変わってしまい、結像面である感光性の媒体６０上において両者の像がずれてしまうという問題がある。さらに、明細書中には、テレセントリックな結像系の具体的な構成及び効果についての記述が無い。物体１０の焦点方向の位置が変化すると、焦点位置での転写倍率が変化することが考えられ、整数ｍ番目とｍ＋１番目の結像系間での画像の重ね合わさり方が異なり、画像が劣化してしまう。以上の二つの問題により、従来法５は、大きな被写界深度を得ることは困難である。
【００１４】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、小型であり、焦点深度範囲外の画像でも合焦した状態に修復可能である、つまり実質的に大きな被写界深度を有する画像読取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における画像読取装置は、原稿を載置する天板と、上記原稿の被撮像部に光を照射する光源と、上記被撮像部で反射した上記光の散乱光を集光し画像として結像する結像光学系であって、主走査方向に複数個配置されそれぞれが独立した光学系であるセルを有し副走査方向には上記セルを第１列及び第２列の２列に配列し上記主走査方向には各セルの視野範囲を互いに補完するように各セルを千鳥状に配置した結像光学系と、それぞれの上記セルに対応して配置され上記セルにて結像された各画像を撮像する複数の撮像素子部と、上記撮像素子部から得られる画像情報を記憶するメモリと、上記メモリに記憶した上記画像情報を上記セルに対応した画像毎に復元し合成することで原稿画像を作成する処理装置と、を備えた画像読取装置において、上記被撮像部から上記セルへ向かう主光線は、上記第１列及び上記第２列の同列において上記主走査方向に沿って配置された各セル間では平行であり、上記第１列に配置される各セルと上記第２列に配置される各セルとの間では上記第１列と上記第２列との隙間側へ傾斜しており、上記処理装置は画像修正部を有し、該画像修正部は、上記副走査方向において上記第１列及び上記第２列に配置され各セルに対応する上記撮像素子部から得られた各画像情報の副走査方向におけるズレから、焦点方向において焦点位置から上記被撮像部までの距離を求め、該距離に基づいて上記画像情報を修正して上記原稿画像を作成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様における画像読取装置によれば、まず、副走査方向において第１列及び第２列の２列にて主走査方向に沿って複数個のセルを備えたことで、装置の小型化を図ることができる。さらに、原稿の被撮像部から第１列に配置される各セルへ向かう主光線と、原稿の被撮像部から第２列に配置される各セルへ向かう主光線とを上記第１列と上記第２列との隙間側へ傾斜させ、処理装置は画像修正部を有するように構成した。この構成によれば、たとえ、焦点方向において焦点位置と原稿の被撮像部との間に隙間が生じ光学系の焦点深度範囲外に被撮像部が位置し、撮像素子部がぼやけた画像を得た場合でも、処理装置は、ぼやけた画像を合焦した正規の元画像に修復することが可能である。
【００１７】
詳しく説明する。上述のように第１列及び第２列の各セルの主光線は、傾斜している。よって、各セルの焦点位置が天板上面にあり天板上面に接して原稿の被撮像部が位置する場合には、副走査方向における各セルで結像される画像は、ズレを生じない。一方、焦点方向において、焦点位置と原稿の被撮像部との間に隙間が生じた場合には、副走査方向における各セルで結像される画像は、その隙間距離に応じて副走査方向にずれを生じる。
画像修正部は、各撮像素子部からの画像情報を処理装置にて元の画像に復元する際に、副走査方向において隣接する画像同士について、副走査方向にどれだけずれているかを求め、さらに、この副走査方向のずれ量から、焦点位置と原稿の被撮像部との間の距離を求める。画像の焦点方向のぼやけ具合は、セルの焦点位置と原稿の被撮像部との間の焦点方向における距離に依存する。よって、画像修正部は、光学系の焦点深度範囲外に被撮像部が位置したことに起因して得られたぼやけた画像を、求めた上記距離を用いて元の画像に修復する。
【００１８】
さらに、主走査方向には、セルの境界ごとに、セルの数に応じた細かいピッチで、天板と原稿の被撮像部との間の距離を測定できる。よって、しわのある原稿や、本の綴じ目近傍の原稿であっても、画像内の細かい領域ごとに焦点ずれによる画像のぼやけの補正が可能である。
このように、本発明の一態様における画像読取装置によれば、小型で、かつ焦点深度範囲外の画像でも合焦した状態に修復可能な、つまり実質的に大きな被写界深度を有する画像読取装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態である画像読取装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００２０】
実施の形態１．
以下には、実施の形態１における画像読取装置の一例について、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態の画像読取装置２０１は、大きく分けて、結像光学系１と、光源２と、天板３と、撮像素子部４１、４２、…と、メモリ５と、画像修正部６１を有する処理装置６とを備える。
これらの構成部分は、画像の読み取りがなされる被読取物の一例である原稿７の近傍に光源２が配置され、原稿７にて反射した光が入射可能なように結像光学系１が配置され、該結像光学系１に対応して撮像素子部４１等が適宜配置される。このような画像読取装置２０１は、主走査方向（Ｘ方向）２１１に沿って原稿７の画像を読み取り、さらに主走査方向２１１に直交する副走査方向（Ｙ方向）２１２に原稿７をスキャンして、原稿７における全画像の読み取りを行う。尚、原稿７とは、文章、書画、写真などを表示した被読取物や、紙幣等の被読取物であり、印刷するもとになったり、真贋の判定に使用されたり、電子ファイルとして使用されたりするものが相当する。又、図１では、図示の明瞭化のため、原稿７の図示を省略している。
【００２１】
原稿７は、原稿載置部材としての天板３に載置される。天板３は透明体にてなり、一般にはガラス板である。例えば蛍光灯やＬＥＤ等である照明光源２は、天板３の下方であって原稿７の読み取りに支障が生じない箇所に配置され、原稿７上の読み取り位置に存在する被撮像部３１、３２、…に照明光線２２１を照射する。尚、図１では、光源２は、副走査方向２１２において結像光学系１の片側にのみ配置しているが、これに限定されず、もちろん両側に配置しても良い。
【００２２】
又、図面では、被撮像部３１、３２、…は、説明上及び視覚上の理解を容易にするために、短冊状の枠で囲って図示しているが、特に構造物は存在しない。又、説明上、主走査方向２１１に沿って、被撮像部３１、３３、…が配列される部分を読み取りライン８とし、被撮像部３２、３４、…が配列される部分を読み取りライン９とする。
【００２３】
結像光学系１は、被撮像部３１，３２…で反射した、光源２の照明光線２２１の散乱光を集光し画像として結像する結像光学系である。このような結像光学系１は、複数のセル１１、１２、…を有する。各セル１１、１２、…は、それぞれ独立した結像光学系であり、主走査方向２１１に複数個配置される。さらに、副走査方向２１２には、各セル１１、１２、…は、第１列２１５（系列１）及び第２列２１６（系列２）の２列に配列される。ここでは、セル１１，１３，１５、…が第１列２１５に属し、セル１２，１４，…が第２列２１６に属する。又、同列に配置される各セルは、各セルの主光線の内、原稿７から各セル１１、１２、…へ向かう光線が互いに平行であるように配置されている。即ち、第１列に属する各セル１１、１３、…の光軸１１ａ，１３ａ，…が互いに平行となるように、各セル１１、１３、…は設けられ、第２列に属する各セル１２、１４、…の光軸１２ａ，１４ａ，…が互いに平行となるように、各セル１２、１４、…は設けられる。さらに、副走査方向２１２における各セル１１，１２間、各セル１２，１３間、各セル１３，１４間、…で結像画像が補完可能なように、第１列２１５及び第２列２１６の各セル１１，１２，１３，…は、主走査方向２１１にて千鳥状に配置されている。
【００２４】
一方、副走査方向２１２において、本実施形態１では、図３に示すように、各セル１１，１２，１３，…における光軸が天板３に対して傾斜している。即ち、第１列２１５に属するセル１１、１３、…における光軸１１ａ、１３ａ、…と、第２列２１６に属するセル１２、１４、…における光軸１２ａ，１４ａ、…とは、第１列２１５と第２列２１６との隙間側へ傾斜した状態にて、第１列２１５のセル１１、１３、…と、第２列２１６のセル１２、１４、…とが配置されている。具体的には、本実施形態では、第１列２１５に属するセル１１、１３、…がＸ軸（主走査方向２１１）周りに−（負）設定角度にて傾斜しており、第２列２１６に属するセル１２、１４、…がＸ軸周りに＋（正）設定角度にて傾斜している。尚、図３では、第１列２１５についてセル１３を、第２列についてセル１４をそれぞれ代表として図示しており、セル１３の光軸Ｌ１とセル１４の光軸Ｌ２とが天板３の上面３ａにて交差する場合を図示している。
【００２５】
各セル１１，１２，１３，…を構成する光学系要素の配置と光路について説明する。
図２の（ａ）は、主走査方向２１１における、第１列２１５に備わるセル１１、１３、１５、…の結像光学系要素と、主要光路とを示し、図２の（ｂ）は、主走査方向２１１における、第２列２１６に備わるセル１２、１４、１６、…の結像光学系要素と、主要光路とを示した図である。図３は、副走査方向２１２におけるセル１３とセル１４とを重ね書きした状態にて、結像光学系要素と主要光路とを示した図である。
【００２６】
図２に示すように、各セル１１，１２，１３，…は、同一の構成を有し、ここでは代表してセル１１を例に説明する。セル１１は、第１光学素子として機能する一例である第１レンズ１００と、絞りとして機能する一例であるアパーチャ１０１と、これらを保持する保持具１０３とを備える。
【００２７】
第１レンズ１００は、セル１１における光軸１１ａの方向において、セル１１のほぼ中央部に配置され、本実施形態では図示のように凸レンズにてなる。
アパーチャ１０１は、光軸１１ａに直交する方向において第１レンズ１００の両側で第１レンズ１００を支持し、第１レンズ１００の中央部分に開口部を有する。よって、被撮像部３１で反射した、光源２の照明光線２２１の散乱光は、アパーチャ１０１の開口部を通して第１レンズ１００に入射し第１レンズ１００から出射される。
【００２８】
撮像素子部４１、４２，…は、各セル１１，１２，１３，…に対応して基板４上に配置される。つまり、第１列２１５に属するセル１１，１３，…に対応して撮像素子部４１，４３，…が配置され、第２列２１６に属するセル１２，１４，…に対応して撮像素子部４２，４４，…が配置される。
各撮像素子部４１、４２，…は、例えばＣＣＤ等からなる受光部が主走査方向２１１に複数個配列されて構成されたもの、さらには、上記受光部を主走査方向２１１に複数個配列したものを副走査方向２１２に複数列にて配置して構成したものである。
よって、各撮像素子部４１、４２，…には、原稿を反射散乱し結像光学系１の各セル１１，１２，１３，…を通過した光線が入射し結像する。
【００２９】
図２に示すように本実施形態では、各セル１１，１２，１３，…を通過する原稿画像は、それぞれに対応する撮像素子４１、４２，…上に反転像が作られる。転写倍率は、１より大きい拡大でも、１より小さい縮小でも構わないが、等倍にしておくと、一般に流通している解像度のセンサを流用できるというメリットがある。
【００３０】
メモリ５は、撮像素子４１、４２、…上に結像した、原稿７の被撮像部３１，３２…における画像信号を一時的に保存する。
画像修復部６１を有する処理装置６は、メモリ５から画像信号を読み出し、被撮像部３１，３２…の画像を復元する。画像修復部６１を含めて処理装置６については、以下に詳しく説明する。尚、メモリ５と画像の処理装置６とは、図１では別体のように図示しているが、同一基板上に一体にて配置されていてももちろん構わない。
【００３１】
次に、本のような原稿を例に取り、本実施形態の画像読取装置２０１の動作を説明するとともに、画像読取装置２０１の特徴の一つである、大きな被写界深度を有する点について、図２及び図３を用いて説明し、さらに処理装置６について説明する。
図２に示すように、主走査方向（Ｘ方向）２１１に沿って配置される各セル１１，１２，１３，…において焦点方向（Ｚ方向）２１３の位置が変化する原稿７が天板３に載置されているとする。つまり、主走査方向２１１において、原稿７の撮像面の焦点方向２１３の位置は、変化している。又、図３に示すように、セル１３とセル１４との読み取り範囲が重複する領域、即ち各セルの焦点位置における原稿面の高さ位置を７１とする。
【００３２】
ここでは、仮に天板３の上面３ａが焦点位置（ジャストフォーカス）となるように各セル１１，１２，１３，…を設計した場合について説明する。画像のぼやけ補正を行なわない場合、本実施形態による画像読取装置２０１の被写界深度は、セルの被写界深度でほぼ決定される。セルの被写界深度は、セル内の光学系の設計によって決定される。又、被写界深度は、光学系のＦ値でほぼ決定される。１つのセルの視野を大きくする場合には、該セルに備わるレンズを非球面形状にしたり、複数のレンズを用いたりするなどして収差を十分に補正する必要がある。例えば６００ｄｐｉの分解能が必要な場合、あくまで目安ではあるが、Ｆ値＝１０で、およそ±１ｍｍの被写界深度、Ｆ＝２０でおよそ±２ｍｍの被写界深度が得られる。尚、図２及び図３では、天板３の上面３ａでジャストフォーカスとなるように図示しているが、必ずしもこの限りではない。例えばＦ＝１０の光学系では、天板上面３ａから１ｍｍの上方位置にジャストフォーカスとなるように天板３を配置すれば、±２ｍｍの被写界深度を十分に使うことができる。
【００３３】
以下、具体例として、Ｆ＝１０でおよそ±１ｍｍの被写界深度を持ち、天板上面３ａに焦点位置がある場合について説明する。すなわち、光学系のみによる被写界深度は、天板上面３ａから１ｍｍの範囲である。
位置７１上の一点から発しセル１３に入射した光線は、図３に示すように、撮像素子部４３の光入射面にて一点に集光されず、焦点ぼけを起こす。セル１４に入射した光線も同様に、撮像素子部４４の光入射面にて一点に集光されず、焦点ぼけを起こす。天板３の上面３ａと原稿位置７１とのＺ方向における距離が１ｍｍ以内であれば、上記焦点ぼけは、許容範囲内に収まる。言い換えると、原稿位置７１からの点像の半径が許容錯乱円の半径以内であるとも言える。
【００３４】
一方、天板３の上面３ａと原稿位置７１とのＺ方向における距離が１ｍｍを超えると、その点像の広がり（点像分布関数）が許容錯乱円の半径を超えてしまい、目標の解像度を達成できないことになる。１ｍｍを超えた位置に置かれた原稿７の転写画像は、ぼやけた画像になるが、そのぼやけた画像から画像処理によって元の画像を復元する、画像ぼやけ補正処理技術が存在する。この画像ぼやけ補正の画像処理を実行するに際して、上記点像分布関数が分かっていれば、分からない場合よりも有利に画像ぼやけ補正処理を実行することができる。
【００３５】
点像分布関数は、原稿位置７１の位置によって一意的に決まり、実測もでき、また、光線追跡シミュレーションによって計算によって求めることもできる。すなわち、天板３の上面３ａと原稿位置７１との距離が分かれば、点像分布関数が分かり、画像ぼやけ補正処理が容易になる。画像ぼやけ補正処理が実行でき、画像処理後の解像度が上がることは、光学系だけで定まる１ｍｍの被写界深度を超えて合焦画像が得られることになり、換言すると、実質的に大きな被写界深度を有することになる。
【００３６】
本実施の形態では、異なる系列、つまり第１列２１５と第２列２１６とに属し隣接するセル、例えばセル１１とセル１２とで得られた画像を復元する際、副走査方向２１２における２枚の画像を合わせるときのシフト量から、天板３の上面３ａから原稿位置７１までの焦点方向（Ｚ方向）の距離を算出することができる。これについて以下に説明する。
【００３７】
図４は、図３に示す天板近傍のみを拡大した図で、光線については光軸Ｌ１、Ｌ２のみを示している。また、原稿面の第二の位置７２も付け加えた。又、光軸Ｌ１は、第１列２１５に属するセル１３の光軸であり、光軸Ｌ２は、第２列２１６に属するセル１４の光軸である。図４では、二つの光軸Ｌ１、Ｌ２は、天板上面３ａで交差して図示しているが、必ずしも天板上面３ａで交差する必要はない。上面３ａから上方にある距離離れた位置で交差してもよいし、天板上面３ａよりも下方で交差していても構わない。二つの光軸が副走査方向２１２において平行でないということが肝心である。図４に示す例では、光軸Ｌ１、Ｌ２は、天板３の垂線に対して±θの角度にて傾斜している。
【００３８】
天板上面３ａでは、二つの光軸Ｌ１、Ｌ２のＹ方向つまり副走査方向２１２における間隔はゼロであるが、Ｚ方向に上面３ａより距離Δｚ１だけ離れた位置７１における二つの光軸Ｌ１、Ｌ２のＹ方向の間隔ΔＹ１は、２×Δｚ１×tanθと表せる。すなわち、天板上面３ａに原稿７が位置する場合には、撮像素子部４３と撮像素子部４４とで得られる各画像の副走査方向２１２（Ｙ方向）の位置ずれはゼロであるが、原稿７における被撮像部が位置７１に存在する場合には、撮像素子部４３と撮像素子部４４とで得られる２枚の画像は、副走査方向２１２にΔＹ１の位置ずれを生じる。
【００３９】
本実施の形態では、処理装置６は、画像復元の際に、上記間隔であるずれ量ΔＹ１を求め、さらに天板上面３ａから原稿位置７１までの距離Δｚ１を算出する。さらに、処理装置６は、求めた距離Δｚ１を元に、画像のぼやけ補正処理を行なう。これにより、本実施形態の画像読取装置２０１は、光学系が有する１ｍｍの被写界深度を超えて、実質的に大きな被写界深度を有することができるという効果を有する。
【００４０】
画像修正部６１を有する処理装置６にて実行される画像復元処理について更に詳しく説明する。ここでは説明を簡素化するため、図５に示す４つのセル０〜セル３からなる画像読取装置を例に採り説明する。尚、セル０及びセル２が第１列２１５に属し、セル１及びセル３が第２列２１６に属するとする。
【００４１】
画像復元処理の手順を図６に示す。ステップ１にて、結像光学系１を副走査方向２１２に移動（スキャン）しながら読み取った原稿画像は、黒補正、白補正等の処理を終えた後、ステップ２にてフレームメモリ５に格納される。セル毎に読み取られた画像は、それぞれ反転像となっているため、ステップ３では、原稿と同じ向きになるよう並べ替えを行う。その後、ステップ４にて、隣接するセルの画像間の結合位置をライン単位で検出し、検出した位置で画像の結合を行う。その際、ステップ５として、画像の繋ぎ目が目立たないようにつなぎ目の平滑化処理を行う。ステップ６では、このようにして復元した原稿画像が読み取り結果として出力される。
【００４２】
尚、本実施の形態では、一旦、フレームメモリ５内に格納したデータに対して並べ替え処理を行うが、メモリ５からデータを読み出す際のアドレスを変更することでデータの順序を入れ替えるように構成しても良い。また、撮像素子部からの読み出しのときに１ライン分のデータをラインメモリに格納し、最後に格納したデータから順に１ライン遅延で出力することにより、データの順序を入れ替えることにしても良い。必ずしもフレームメモリ５内で並べ替え処理を行う必要はない。更に、フレームメモリ５の代わりに、処理に最低限必要なライン数のメモリを用いて逐次復元画像を出力するようにしても良い。このように、図１、図５に示すメモリ５は、フレームメモリに限定されるものではない。
【００４３】
図７に示すように、焦点位置に原稿７の被撮像部が存在する場合について、上記ステップ４にて実行される画像の結合処理について説明する。各セル０〜３から得られる画像を図８に示す。又、既に並べ替えの処理は終わっているものとする。
各セル０〜３、及び各セル０〜３に対応する撮像素子部は、主走査方向２１１において互いに一部が重なるように配置されている。よって、隣接するセル同士で取得した各画像の端部では、同じ画像が含まれる。この重複して読み取られた領域を用いて、隣接セルによる画像間において対応する位置を求める。そして、その結果を元に、両画像を繋ぎ合せることにより、原稿画像を復元する。対応する位置の検出は、各セルの端部で、各ラインにおいて行う。
【００４４】
まず、図９に示すように、セル０にて得られた画像の中からラインＬ０を選択する。選択したラインＬ０上の画素（ｘａ，ｙａ）を中心とするＮ×Ｍ画素の領域を領域Ａとする。この領域Ａに含まれる画像の輝度値からベクトルデータＡ＝｛ａ０、ａ１、・・・、ａｎ｝を作成する。同様に、セル０に隣接するセル１内の画素（ｘｂ、ｙｂ）を中心とするＮ×Ｍ画素の領域Ｂを設定し、この領域に含まれる画像の輝度値からベクトルデータＢ＝｛ｂ０、ｂ１、・・・、ｂｎ｝を作成する。
【００４５】
これらのベクトルデータＡ，Ｂから、領域Ａと領域Ｂとの画像の一致度ｄ（ｘｂ、ｙｂ）を式（１）により求める。一致度ｄは、２つのベクトルデータが近い（似ている）ほど小さくなる。つまり、一致度ｄが小さいほど、領域Ａと領域Ｂの画像の一致度合いが高い。
【００４６】
【数１】
0004913089.tif 000002
【００４７】
領域Ｂの位置をセル１の画像上でｘ、ｙ方向に変えながら、一致度ｄ（ｘｂ、ｙｂ）を算出し、一致度ｄが最も小さくなる位置（ｘｂ＿ｍｉｎ、ｙｂ＿ｍｉｎ）を求める。一致度ｄが最も小さくなる領域Ｂが領域Ａと最も一致する領域であることから、セル０の画像上の領域Ａの中心画素（ｘａ，ｙａ）と、セル１の画像上の領域Ｂの中心画素（ｘｂ＿ｍｉｎ、ｙｂ＿ｍｉｎ）とが原稿の同一部分を読み取った画素ということになる。よって、セル０のラインＬ０と繋がるセル１のラインＬ１が式（２）で求められる。
【００４８】
Ｌ１＝Ｌ０＋（ｙａ−ｙｂ＿ｍｉｎ）    式（２）
【００４９】
同様に、セル１のラインＬ１と繋がるセル２のラインＬ２、セル２のラインＬ２と繋がるセル３のラインＬ３を求め、各ラインデータを繋ぎ合せることにより、１ライン分の原稿画像を復元する。ラインデータを繋ぎ合せる際には、領域Ａ、Ｂの中心画素を境にそれぞれの隣接セル画像を繋いでもよい。しかしながら、繋ぎ目部分が目立つ可能性があるため、隣接セル画像の対応する画素の輝度値に所定の重み付けをして加算する平滑化処理を行っても良い。
【００５０】
図１０に、セル０のラインＬ０とセル１のラインＬ１を結合する場合の平滑化処理の一例を示す。図では、ラインＬ０上の画素ａ４３とラインＬ１上の画素ｂ２とが対応している。同様に、ラインＬ０の画素ａ４４とラインＬ１の画素ｂ３とが、ラインＬ０の画素ａ４５とラインＬ１の画素ｂ４とが、ラインＬ０の画素ａ４６とラインＬ１の画素ｂ５とがそれぞれ対応している。ラインＬ０の各画素値に係数Ｋ０を乗じた値と、ラインＬ１の各画素値に係数Ｋ１を乗じた値とを加算することにより結合結果を得る。係数Ｋ０、Ｋ１は、上記重み付けを行うための係数であり、対応する画素位置の係数値を加算するとそれぞれ１．０になるように設定されている。またそれぞれの係数は、セル端部から平滑化領域の手前までは０．０で、平滑化領域内では０．０から１．０まで徐々に変化し、その他の領域では１．０となっている。このような重み付け加算により、つなぎ目が目立つことなく、隣接セルの画像を繋ぎ合せることが出来る。
【００５１】
セル０からセル３までの１ライン分の結合が終わったら、再びセル０に戻り、前回選択したラインＬ０の次の行であるラインＬ０＋１を選択し、前回と同様の処理を行う。この処理を最後の行まで繰り返し行い１フレーム分の画像を復元する。
【００５２】
図７に示すように、各セルの焦点位置に原稿７の被撮像部が存在する場合には、系列１と系列２との各セルは、原稿７の同じ被撮像部をほぼ同じタイミングで読み取る。よって、ラインＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、読み取り画像の先頭から数えてほぼ同じ行になる。仮にずれが生じていても、セルや撮像素子部の取り付けの際の誤差によるものであると考えられる。
【００５３】
一方、図１１に示すように、原稿７の被撮像部が焦点位置から１ｍｍ離れた位置にある場合には、第１列２１５（系列１）と第２列（系列２）とに属する各セル０〜３が原稿７を読み取る位置にズレが生じる。例えば、結像光学系１が副走査方向２１２に移動しながら原稿面上のＰの位置を読み取る場合、まず系列１に属するセルがＰの位置を読み取り、その後しばらくしてから系列２に属するセルがＰの位置を読み取る。そのため図１２に示すように、系列２に属するセルによる読み取り画像は、系列１に属するセルによる読み取り画像に比べて図示の下方向にずれる。このような場合においても、隣接セル画像間で一致する位置をライン単位で求めながら結合処理をしていくことにより、ずれのない原稿画像を復元することが出来る。
【００５４】
尚、上記焦点位置は、上述の説明では天板３の上面３ａに設定されている場合を例にとるが、勿論、結像光学系１の構成により上面３ａ以外の位置に設定することも可能である。よって、セル１１，１２，１３…を含む結像光学系１の焦点位置は、予め分かっており処理装置６内に格納されている。又、以下に説明する動作についても、処理装置６、特に当該処理装置６に含まれる画像修正部６１が実行する。
【００５５】
このとき、隣接するセルＮとセルＮ＋１との間で結合するラインＮとラインＮ＋１とのずれが、セルＮとセルＮ＋１との焦点位置から原稿面までの距離に相当する。尚、原稿面とは、原稿７の被撮像部３１，３２，…が存在する部分が相当する。
厳密には、各セルや撮像素子部の取り付け精度により、各セルの読み取り画像には、元々ずれが生じている。よって、予め、斜め格子などのテストパターン原稿を焦点位置に置いて読み取り、読み取った画像から各セル間の初期ずれ量を求め記憶しておく。そして上記初期ずれ量をオフセットとして、読み取った原稿の画像から差し引くことで、真の原稿面までの距離Δｚを求めることができる。
【００５６】
各セル画像の結合時に、各ラインの結合部で原稿面までの距離を求めることができる。よって、副走査方向２１２には１ラインごとに、主走査方向２１１にはセルの間隔ごとに距離情報が得られる。この距離情報から画像のぼやけ量を推定できるので、精度の高いぼやけの補正処理が行える。
【００５７】
結合位置（距離情報）は、ライン単位で得ることが出来るが、必ずしもライン単位で結合位置を検出し、ライン単位で画像を結合する必要は無い。例えば、一定ライン間隔毎に結合位置の検出を行い、位置ズレをその一定ラインの範囲内で分散させて補正してもよい。図２５に示すように、セル０を基準とし、Ｋライン間隔で結合位置の検出を行う場合について説明する。
【００５８】
セル０に関して、第Ｍの結合位置と第Ｍ＋１の結合位置との間のライン数はＫラインだが、他のセルについてはセル毎に異なったライン数になる可能性がある。その差異を吸収しながらＫライン分の画像の結合を行う。差異を吸収する方法としては、全てのセルのライン数が同一となる様、セル毎にラインデータの削除／挿入を行っても良いし、拡大縮小処理を行っても良い。但し、ラインデータを削除すると、連続して読み取った画像から１ライン無くなるため、その部分が目立ってしまう場合がある。ラインデータを削除する場合には、その周辺の画像を補正する処理も行ったほうが良い。また、ラインデータを挿入する際には、何れかのラインデータを繰り返し用いてもよいが、その周辺の画像を用いて補間データを生成したほうが自然な画像が得られる。
【００５９】
画像のぼやけの特性は、点を撮像したときに得られる像の広がり具合を表す点像分布関数により把握可能である。図１３に、点画像をカメラで撮影したときに得られるぼやけ画像と、ぼやけ画像から得られる点像分布関数を模式的に示す。
画像のぼやけ方がわかれば、ぼやける場合と逆の変換を、ぼやけ画像に対して行うことで、ぼやけ画像からぼやける前の画像を復元することが可能となる。つまり、画像Ｆが関数Ｈによりぼやけ画像Ｇとなる場合、式（３）に示す逆変換により、ぼやけ画像Ｇからもとの画像Ｆを復元することが可能である。
【００６０】
Ｆ＝Ｇ×Ｈ−１                      式（３）
【００６１】
例えば、ぼやけは、ぼやける前の画像の周辺画素の輝度値がぼやけ前画像の輝度値に混じるために生じる。これを積分演算と考えると、その逆の演算である微分演算を行えば、ぼやけ前画像を得ることができる。
点像分布関数は、画像のぼやけ方、つまり被写体が焦点位置からどの程度ずれた位置にあるかによって変化する。よって、予め、焦点位置から原稿面までの距離に応じて点像分布関数を測定しておき、焦点位置から原稿面までの距離に応じて、適用する逆関数を選択する。例えば、上記距離に応じて、対象となる画素の範囲や各画素の輝度値にかける重み付けなどが異なる逆関数を選択すればよい。
【００６２】
焦点位置から原稿面までの距離は、隣接するセル同士の繋ぎ目部分でしか得られない。繋ぎ目と繋ぎ目との間の画素における焦点位置から原稿面までの距離は、一方の繋ぎ目における焦点位置から原稿面までの距離と、他方の繋ぎ目における焦点位置から原稿面までの距離との線形補間により推定してもよい。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態の画像読取装置２０１によれば、副走査方向２１２に配置される各セルの光軸を天板３に対して傾斜させ、かつ画像修正部６１を有する処理装置６を備えたことで、結像光学系１が有する被写界深度外に被撮像部が存在しぼやけた画像となる場合でも、該画像を合焦した状態に修復可能であり、つまり実質的に大きな被写界深度を有することができる。又、主走査方向２１１に複数のセルを設けたことで、画像読取装置２０１の小型化を図ることができる。
【００６４】
実施の形態２．
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の実施の形態２に係る画像読取装置２０２について説明する。
本実施の形態２では、結像光学系１を構成する各セル１１，１２，…の光学系が原稿７側にテレセントリックな光学系を構成している。画像読取装置２０２における、その他の基本的構成は、上述の画像読取装置２０１における構成に同じである。即ち、本実施の形態２に係る画像読取装置２０２においても、上述したメモリ５、及び画像修正部６１を有する画像処理装置６を備えている。
【００６５】
尚、図１４では、第１列２１５に属するセル１１，１３，…、及びこれらのセル１１，１３，…に対応する撮像素子部４１，４３，…を（ａ）に示し、第２列２１６に属するセル１２，１４，…、及びこれらのセル１２，１４，…に対応する撮像素子部４２，４４，…を（ｂ）に示している。又、メモリ５及び画像処理装置６は、図１４の（ｂ）にのみ図示しているが、図１４の（ａ）、（ｂ）に示す基板４は同一物であり、当然に撮像素子部４１，４３，…もメモリ５及び画像処理装置６に接続されている。
以下には、実施の形態１と相違する点についてのみ説明を行う。
【００６６】
上述のように、本実施形態の画像読取装置２０２は、原稿７側にテレセントリックな光学系を有している。代表してセル１１について説明する。セル１１は、第１レンズ１００とアパーチャ１０１、第２光学素子としての一例に相当する第２レンズ１０２とそれらを保持する保持具１０３を備えている。実施形態１の画像読取装置２０１におけるセル１１の構成に対し、本実施形態の画像読取装置２０２では、第１レンズ１００は、セル１１の原稿７側の端部に配置され、第２レンズ１０２がセル１１の撮像素子部４１側の端部に配置され、アパーチャ１０１は、第１レンズ１００と第２レンズ１０２との間で第１レンズ１００の後ろ側焦点位置に配置されている。このような構成により、セル１１は、原稿７側にテレセントリックな光学系を実現している。上述のように他のセル１２，１３，…も同様の構成を有する。
【００６７】
各セル１１，１２，１３，…は、上述のような構成を有しているが、各セル１１，１２，１３，…は、上述の実施形態１の画像読取装置２０１の場合と同様に配置されている。即ち、第１列に属する各セル１１、１３、…の光軸１１ａ，１３ａ，…が互いに平行となるように、各セル１１、１３、…は設けられ、第２列に属する各セル１２、１４、…の光軸１２ａ，１４ａ，…が互いに平行となるように、各セル１２、１４、…は設けられている。さらに、第１列２１５及び第２列２１６の各セル１１，１２，１３，…は、主走査方向２１１にて千鳥状に配置されている。さらに、第１列２１５に属するセル１１、１３、…における光軸１１ａ、１３ａ、…と、第２列２１６に属するセル１２、１４、…における光軸１２ａ，１４ａ、…とは、第１列２１５と第２列２１６との隙間側へ傾斜した状態にて、第１列２１５のセル１１、１３、…と、第２列２１６のセル１２、１４、…とが配置されている。
【００６８】
上述のように構成される画像読取装置２０２においても実施形態１の画像読取装置２０１と同様の動作を行うことができる。
即ち、実施の形態１で述べたのと同じ原理により、隣接する各セルから得られる２枚の画像の副走査方向２１２のずれ量ΔＹから、焦点位置から原稿面までの距離Δｚを算出することができる。その距離Δｚを用いて、画像のぼやけ補正を行ない、実質的な被写界深度を大きくすることができる。尚、上記焦点位置は、本実施形態でも天板３の上面３ａに位置する場合を例に採る。
その他、実施の形態１の画像読取装置２０１が奏する上述の効果は、本実施形態２の画像読取装置２０２においても奏することができる。
【００６９】
各セル１１，１２，１３，…が原稿７側にテレセントリック光学系であることから、本実施形態では、上記距離Δｚが変動しても、撮像素子部４１，４２，…に対する画像の転写倍率が変化することがないという特徴がある。画像の転写倍率が変わらないことで、画像の大きさを、基準となる大きさに拡大変換もしくは縮小変換する処理が不要となり、高速な信号処理が可能となる。よって、各セル１１，１２，１３，…の画像を合成する画像復元処理の負荷を大きく軽減することができる。
さらに、主走査方向２１１に関して各セル１１，１２，…の光軸と、天板３とが垂直であれば、距離Δｚの変動によっても各セル１１，１２，…の画像は、主走査方向２１１には全く動かない。副走査方向２１２に関しても、距離Δｚの変動により転写倍率が変わらず、各画像は、副走査方向２１２に移動するだけである。よって、主走査方向の画像処理は不要となり、画像合成に際して副走査方向２１２に隣接する２つの画像の位置ずれ量だけ、副走査方向２１２にシフトする補正を行えばよい。したがって、実施の形態１の場合に比べて、より高速に信号処理が可能であり、あるいは低コストの処理装置にて、画像復元が可能となるという効果がある。
【００７０】
実施の形態３．
図１６に実施の形態３における画像読取装置２０３の一例を示す。セル１１，１２，…は、上述の実施形態２における構成と同様である。本実施形態３の画像読取装置２０３では、第１列２１５に属するセル１１，１３，…の第１レンズ１００と天板３との間に水平方向へ光路を折り曲げる、折曲げ部材の一例に相当する第１折曲げミラー１１１を設け、第２列２１６に属するセル１２，１４，…の第１レンズ１００と天板３との間に水平方向へ光路を折り曲げる、折曲げ部材の一例に相当する第２折曲げミラー１１２を設けている。折り返す方向は、第１列２１５に属するセル１１，１３，…では図の左側に、第２列２１６に属するセル１２，１４，…では図の右側に、互いに反対方向へ折り曲げている。
尚、本実施形態３における画像読取装置２０３のその他の構成は、画像読取装置２０２と変わるところはない。
【００７１】
上述のような構成を有する画像読取装置２０３では、実施の形態２の画像読取装置２０２と同様の動作及び効果を奏することができ、さらに、折曲げミラー１１１，１１２を設けたことで、画像読取装置２０２に比べて装置のＺ方向の厚みを抑えることができ、小型の画像読取装置を構成することができる。
【００７２】
実施の形態４．
次に、図１７から図２１を参照して、本発明の実施の形態４における画像読取装置２０４の一例について説明する。
図１７は、複数セルを配置した画像読取装置２０４の光学系部分の内部構造を示している。尚、図示の煩雑さを避けるため、照明光源２、及び天板３等の図示を省略している。図１８は、図１７に図示した構成の内、一つのセルの光学要素のみを抜き出して記載した図である。図１９は、主走査方向２１１を紙面に垂直にして、副走査方向２１２に沿った画像読取装置２０４の断面における図である。
【００７３】
上述した各実施形態２，３では、各セル１１，１２，１３，１４，…を構成する、第１レンズ１００、アパーチャ１０１、第２レンズ１０２は、一直線に沿って配置され、第１レンズ１００、アパーチャ１０１、第２レンズ１０２間ではこれらを通過する光軸は折り曲げられることなく一直線に沿っている。
これに対し本実施形態４では、画像読取装置の実際の構成に、より即したセル１１，１２，１３，１４，…の形態を示している。
【００７４】
尚、実施の形態２にて説明した基本的構成、つまり第１列２１５及び第２列２１６に沿ってセル１１，１３，…、セル１２，１４，…が配置される点、各セル１１，１２，１３，１４，…が原稿側にテレセントリックな光学系を形成している点、第１列２１５及び第２列２１６に属する各セル１１，１３，…、セル１２，１４，…は、原稿７の読み取りライン８，９における被撮像部３１，３２，３３，３４…の結像を行う点、各セル１１，１２，１３，１４，…に対応して撮像素子部４１，４２，４３，４４，…が配置される点、及び、メモリ５と処理装置６とを備える点は、本実施形態４においても同じである。よって、本実施形態４の画像読取装置２０４は、実施形態２の画像読取装置２０２が奏する上述の効果を奏することができる。
【００７５】
本実施形態４と実施形態２との相違点を具体的に説明すると、実施の形態４における画像読取装置２０４では、第１レンズ１００及び第２レンズ１０２に相当する部材は、反射型の集光素子にて、その一例である凹面鏡にて、構成されている。さらに、これらの反射型の集光素子にて、光路を折り曲げている。さらに、各セル１１，１２，１３，…における各第２レンズ１０２に対応する凹面鏡と、撮像素子部４１，４２，４３，…との間に、折曲げ部材の一例に相当する第３折曲げミラー１１３を設けている。
【００７６】
尚、実施の形態４では、第１レンズ１００及び第２レンズ１０２の両方を凹面鏡にて構成した形態であり、Ｚ方向及び副走査方向２１２において画像読取装置をコンパクト化することができる。しかしながら、この形態に限定されず、第１レンズ１００及び第２レンズ１０２の少なくとも一方を反射型の集光素子にて構成してもよい。
【００７７】
上述のように、反射型の集光素子の一例である凹面鏡は、実施形態２，３にて説明した第１レンズ１００及び第２レンズ１０２と同様の機能を果たす物であるが、形態が異なる。以下の説明では、第１レンズ１００に対応し、第１光学素子の機能を果たす例に相当するものを第１凹面鏡１００Ａとし、第２レンズ１０２に対応し、第２光学素子の機能を果たす例に相当するものを第２凹面鏡１０２Ａと読み替える。
【００７８】
さらに画像読取装置２０４について詳しく説明する。
照明光源２により照射された原稿７を反射散乱した光線がセル１１等に入射する。ここで、まず一つのセルのみ、例えばセル１１の光路、構成について、数値も交えて詳細に説明する。一つのセル１１の主走査方向２１１における読み取り幅は１０ｍｍである。天板３に対する光軸の副走査方向２１２における倒れ角は５°である。つまり、原稿面から副走査方向５°の角度の光線を主光線とする光線束が結像に寄与する。この光線束は、第１折曲げミラー１１１によって光路を曲げられる。図１９では、Ｙ軸に対して８°の角度をなす方向に光線が偏向される。
【００７９】
第１凹面鏡１００Ａは、焦点距離ｆ＝２０ｍｍである。原稿面から第１凹面鏡１００Ａまでの距離は、ほぼ２０ｍｍになるように設計されており、第１凹面鏡１００Ａによって反射された光線束は、コリメートされる。光軸光路に沿って第１凹面鏡１００Ａから２０ｍｍの位置にアパーチャ１０１が設定されている。これは、第１凹面鏡１００Ａの焦点距離と等しいので、このセルは、原稿側にテレセントリックな光学系となる。
【００８０】
アパーチャ１０１の開口径が光学系の明るさと被写界深度を決定する。ここでは、アパーチャ１０１の開口直径をφ１ｍｍとした。つまり当該光学系のＦ値は、２０である。このとき、当該セル全体の光学部品の配置、及び、第１凹面鏡１００Ａ、第２凹面鏡１０２Ａを非球面形状などで最適化設計すれば、±２ｍｍ、すなわち４ｍｍの被写界深度は、十分に得ることができる。
【００８１】
アパーチャ１０１を抜けた光線は、第２凹面鏡１０２Ａによって集光され、第３折曲げミラー１１３を経た後、撮像素子部４１上に結像する。ここで、第２凹面鏡１０２Ａもｆ＝２０ｍｍとしておけば、転写倍率１の反転像が得られる。この反転像を画像復元する方式については、実施の形態１で述べたとおりである。
【００８２】
この例では、アパーチャ１０１から第２凹面鏡１０２Ａまでの光路長、及び、第２凹面鏡１０２Ａから撮像素子部４１までの距離を、ともに２０ｍｍに設定しているので、原稿側のみならず像側にもテレセントリックな光学系となっている。このように、像側にもテレセントリックな光学系を構成することで、撮像素子部４１等について、焦点方向の設置位置によらず結像倍率が一定になるという効果がある。
【００８３】
上述のように本実施形態では、第１凹面鏡１００Ａ及び第２凹面鏡１０２Ａに凹面鏡を使用しているので、さらに、色収差が発生しないという利点もある。特に、各実施形態において特徴としている大きな被写界深度を持つ光学系では、色収差が問題になりやすいが、本実施形態のように反射光学系を形成することで、色収差を回避することができる。又、反射鏡故、光路を折りたたむことができ、Ｚ方向及び副走査方向２１２において光学系全体をコンパクト化できるという大きな利点もある。
【００８４】
上述した例では、原稿７から撮像素子部４１までの光路長は、８０ｍｍになる。即ち、折曲げミラー１１１，１１３を設けず、かつ、第１凹面鏡１００Ａ及び第２凹面鏡１０２Ａのような凹面鏡にて構成しなければ、光学系全体のＺ方向における厚みは、約８０ｍｍにもなる。しかしながら、光路を折り返しているため、Ｚ方向の光学系の厚みを約２３ｍｍに縮めることができる。
【００８５】
又、転写倍率が１であるので、既存の撮像素子部を流用でき、低コスト化を図れるという利点もある。即ち、光学系が仮に縮小系であった場合には、その縮小倍率に応じて撮像素子部の一画素単位を小さくしなければ、撮像素子部自体の解像度によって得られる像の解像度は劣化する。既存の正立等倍像を撮像する密着型イメージセンサの解像度を６００ｄｐｉとすると、この撮像素子部をそのまま流用することで６００ｄｐｉの解像度を達成することができる。
【００８６】
又、転写倍率が１であることにより、第１凹面鏡１００Ａ及び第２凹面鏡１０２Ａに同一部材を使用可能となる。特に、本実施形態のように、原稿側及び像側の両方でテレセントリックな光学系であれば、レンズの最適化設計上で第１凹面鏡１００Ａ及び第２凹面鏡１０２Ａの形状を同一にしても、十分な解像度の結像条件を持った光学系を設計できる。同一部材を使用することで、低コスト化が図れるという効果がある。
【００８７】
次に、複数のセル１１等を組み合わせた構成について説明する。
第１列２１５のセル１１，１３，…には、原稿面からＸ軸周りに＋５°傾いた光軸が作用し、第２列２１６のセル１２，１４，…には、原稿面からＸ軸周りに−５°傾いた光軸が作用する。ｋ番目とｋ＋１番目の各セルにおける副走査方向２１２の間隔、つまり上記読み取りライン８、９間の間隔は、９ｍｍである。又、同一列内でのセル間の距離、つまりｋ番目とｋ＋２番目の各セルの間隔は、１８ｍｍである。１セルの読み取り幅は、１０ｍｍであるので、隣接するセル、つまりｋ番目とｋ＋１番目とのセル間での読み取り領域の重なり幅は、１ｍｍである。主走査方向２１１に幅１ｍｍで６００ｄｐｉということは、約２４画素ということであり、実施の形態２等で述べたような隣接セル間での画像の合成に十分な大きさである。
【００８８】
図１９に示すように、第１列２１５のセル１１，１３，…、及び、第２列２１６のセル１２，１４，…における前半の光路、つまり原稿面からアパーチャ１０１までの光路は、折り重なっている。３次元的には、それぞれの光路は、重なっていない。このように光路が折り重なるように構成したことで、光学系全体の大きさのコンパクト化を図っている。
【００８９】
又、原稿側の合焦位置を、本実施形態では、天板上面から１ｍｍの位置７３に設計し、さらに、第１列２１５のセル１１，１３，…の読み取りライン８と、第２列２１６のセル１２，１４，…の読み取りライン９とが、位置７３で交差するように設計している。上述したように、光学系自体は、±２ｍｍの被写界深度をもっているので、天板３の上面から３ｍｍの位置７５まで十分な解像度が取れることになる。言い換えると、この画像読取装置５０４の被写界深度は、天板の上面から３ｍｍまでである。被写界深度内とはいえ、合焦位置の方が解像度は良いので、このように設定した。しかしながら、より被写界深度を大きくとりたい場合には、天板３の上面から２ｍｍの位置に、合焦位置が位置するように天板３の位置を下げることで、被写界深度を、天板３の上面から４ｍｍと大きくすることができる。
【００９０】
原稿面の位置が位置７３から遠ざかるにつれて、第１列２１５のセル１１，１３，…の読み取りライン８と、第２列２１６のセル１２，１４，…の読み取りライン９とは、副走査方向２１２において離れていく。これは、実施の形態２で述べたように、光学系が原稿側にテレセントリックであり主走査方向２１１、副走査方向２１２とも転写倍率が変化しないこと、及び主走査方向２１１には光軸が垂直であることから、読み取りライン８，９のずれは、副走査方向２１２にシフトするだけとなる。よって、実施の形態１にて説明したように、読み取りライン８，９のずれは、メモリ５で保存した画像を処理装置６で処理することにより、原稿面の凸凹によらず補正可能である。
【００９１】
又、図１７では、光学要素の構成が理解容易であるように内部構造を示しているが、実際には、図２０に示すように、遮光部材１２３、１２４や遮光スリット１２２を設けるのが好ましい。この例では、被写界深度を大きくするためにＦ値＝２０で、結像光学系に取り込まれる光量が小さな光学系である。逆に言うと、照明光によって原稿７から散乱される光線の多くが結像しない光線であり、それらを有効に遮光する必要がある。
【００９２】
そのためには、開口領域１２２ａを有する遮光スリット１２２において、開口領域１２２ａも、千鳥状に配置するのが好ましい。又、遮光部材１２３、１２４にて、アパーチャ１０１以後の光路も外界から遮光することで、よりいっそう迷光に対する耐性が強くなる。さらに、第３折曲げミラー１１３以後の光路部分にも遮光スリット１２０を設置することで、より迷光に対する耐性を強くできる。遮光スリット１２０の構成を理解容易とするため、図２１は、図２０の図示の上下を反転させて遮光スリット１２０を示している。遮光スリット１２０では、撮像素子部４１，４２，４３，…に対応して光線通過用の開口部１２０ａが設けられている。
【００９３】
又、アパーチャ１０１を透過型とし、図１７に示すように、同一列内において隣接するセル間に遮光壁１２１を設け、アパーチャ１０１以後の光学系は、それぞれ独立した密室状態になっていることが、迷光対策として大きな効果を生んでいる。即ち、迷光は、アパーチャ１０１の小さな開口部を通してしか存在せず、遮光壁１２１、遮光部材１２３，１２４等の内壁面を黒色とすることで、大きな迷光対策効果が得られる。
【００９４】
このような結像光学系を実現する一つの方法として、一つの部材で同一列内の光学部材を兼ねる方法が考えられる。例えば、第１凹面鏡１００Ａ及び第２凹面鏡１０２Ａに相当する凹面鏡を１８ｍｍ間隔で並べたレンズアレイとし、アパーチャ１０１に相当して、一枚の板に１８ｍｍ間隔で開口穴を開けたアパーチャアレイを用いれば良い。第１折曲げミラー１１１、第２折曲げミラー１１２、及び第３折曲げミラー１１３は、一枚の細長い板にアルミなどの反射部材を蒸着すれば良い。第１折曲げミラー１１１及び第２折曲げミラー１１２は、隣接して配置されるので、例えば、断面形状が三角形の屋根型形状の両斜面に反射部材を蒸着して作製してもよい。
【００９５】
以上、述べたような実際的な光学設計に対して、実施の形態１で述べた、焦点位置から原稿面までの距離計測処理に基づく画像ぼやけ補正処理を行なえば、光学系にて定まる上述の天板３からの被写界深度３ｍｍをより一層大きくすることが可能である。例えば、距離計測の結果、Δｚ≦３ｍｍの場合には、ぼやけ補正処理を行なわず、距離Δｚが３ｍｍを超えた場合にのみ、ぼやけ補正を行なうようにする。このような構成を採ることで、出願人によれば、距離Δｚ＝６ｍｍまで、ぼやけ補正処理によって十分な解像度を有する画像を取得可能であることが確認されている。
【００９６】
このように、光路を折り曲げるミラー１１１〜１１３を持ち、さらにセル内のレンズを反射型の集光素子１００Ａ、１０２Ａの例えば凹面鏡にて構成することで、コンパクトでかつ被写界深度の大きな画像読取装置を得ることができる。
【００９７】
なお、ここでは実施の形態２の発展形として、各セル１１，１２，…が原稿７側にテレセントリックな光学系の場合について述べたが、この折曲げミラー１１１〜１１３と、凹面鏡１００Ａ，１０２Ａを用いた構成は、もちろん実施の形態１の画像読取装置２０１にも容易に展開可能である。
【００９８】
実施の形態５．
次に、図２２から図２４を参照して、本発明の実施の形態５における画像読取装置２０５の一例について説明する。
図２２は、画像読取装置２０５の読み取り光学系部分の内部構造を示している。但し、図２２では、図示の煩雑さを避けるため、照明光源２、天板３、撮像素子基板４、メモリ５、処理装置６等の図示を省略している。図２３は、主走査方向２１１を紙面垂直にして、副走査方向２１２における光路を描いた透視図である。図２４は、図２２の図示に、遮光部材を取り付けた光学系部を示している。
【００９９】
本実施の形態５の画像読取装置２０５においても、以下に説明する相違点を除き、実施形態４の画像読取装置２０４と同様の構成を有する。よって、ここでの詳しい説明は省略する。又、画像読取装置２０５は、画像読取装置２０４と同様の構成を有することから、基本的に、画像読取装置２０５は、画像読取装置２０４が奏する上述した効果を奏することができる。
【０１００】
実施形態４の画像読取装置２０４と、本実施の形態５の画像読取装置２０５との相違点は、実施形態４では、アパーチャ１０１が透過型の開口部を有するのに対し、本実施形態では、上記開口部に対応して反射ミラーが形成されている点である。又、上記反射ミラーにおける反射領域の周囲は、光を遮光する黒色部材にて構成されている。このように本実施形態５における上記反射ミラーは、実施形態１〜４にて説明したアパーチャ１０１と同様の機能を果たす物であるが、形態が異なる。よって以下の説明では、アパーチャ１０１に対応し、絞りの機能を果たす例に相当するものを反射ミラー１０１Ａと読み替える。
【０１０１】
光路について、図２３を参照して説明する。図２３において、点線で示す光路は、第１列２１５に属するセル１１，１３，…に関するもの、実線で示す光路は、第２列２１６に属するセル１２，１４，…に関するものを表す。第１列２１５に関する光路（点線）は、第１折曲げミラー１１１にて、図の右側に反射され、第１凹面鏡１００Ａでコリメートされて、図の左側に設置された反射ミラー１０１Ａに到達する。ここで反射ミラー１０１Ａにおける直径φ１ｍｍの反射領域の外側に到達する光は、黒色部材で吸収される。反射ミラー１０１Ａの反射領域で反射された光線は、図の右側に設置された第２凹面鏡１０２Ａで集光された後、図の左側に設置された第３折曲げミラー１１３にて撮像素子部４１，…上に結像する。光学系全体は、外部からの迷光を遮断するために、図２４に示すように、遮光スリット１２２や遮光部材１２５を設けている。
【０１０２】
得られる画像は、実施の形態４の場合と同じであるので、その効果についての説明は、省略する。ここでは、実施の形態４と異なる点についてのみ述べる。
実施形態４にて、アパーチャ１０１の開口部に対応する部分が、本実施形態５では反射ミラーにて構成されていることから、副走査方向２１２において、光学系のサイズをコンパクト化することができる。具体的数値を挙げると、実施の形態４における副走査方向２１２における光学要素間の距離は、約６０ｍｍであったのに対し、実施の形態５における副走査方向２１２における光学要素間の距離は、約２０ｍｍであり、約３分の１に減じている。
【０１０３】
さらに、この実施形態５においても１対１の転写倍率を有するので、図２３に示すように、第１列２１５における光学系に含まれる第１凹面鏡１００Ａ及び第２凹面鏡１０２Ａと、第２列２１６における光学系に含まれる反射ミラー１０１Ａとを、主走査方向２１１に沿った同一平面上に設置可能である。同様に、第２列２１６における光学系に含まれる第１凹面鏡１００Ａ、第２凹面鏡１０２Ａ、反射ミラー１０１Ａを同一平面上に設置可能である。
【０１０４】
このような構成によれば、第１凹面鏡１００Ａ及び第２凹面鏡１０２Ａを含めて、樹脂成型による２次元のレンズアレイを形成することで、光学系の組み立てを、精度良く簡単に行えるという効果が得られる。さらには、アパーチャ１０１を使用して、開口部には鏡面仕上げした反射部材を取り付け、開口部以外の部分を黒色部材にて作製することで、アレイ状に開口部の空いたプレートを置くだけで反射ミラーアレイを作製できるという効果もある。又、この場合には、実施形態１〜４にて使用するアパーチャ１０１を利用できるという効果もある。
【０１０５】
尚、上述した各実施形態１〜５を適宜組み合わせた構成を採ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る画像読取装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す画像読取装置の主要光路を示した図である。
【図３】図１に示す画像読取装置における結像光学系の構成部分及び主要光路を示す図である。
【図４】図１に示す画像読取装置の主要光路の交差位置を説明するための図である。
【図５】図１に示す画像読取装置による原稿の読み取りを説明するための図である。
【図６】図１に示す画像読取装置にて実行される画像結合処理を示すフローチャートである。
【図７】図１に示す画像読取装置の主要光路の交差位置を説明するための図である。
【図８】図１に示す画像読取装置にて実行される画像結合処理を説明するための図である。
【図９】図１に示す画像読取装置にて実行される結合位置検出処理を説明するための図である。
【図１０】図１に示す画像読取装置にて実行される、画像結合の際の平滑化処理を説明するための図である。
【図１１】図１に示す画像読取装置の主要光路の交差位置を説明するための図である。
【図１２】図１に示す画像読取装置の画像結合処理を説明するための図である。
【図１３】図１に示す画像読取装置のぼやけ補正処理を説明するための図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る画像読取装置の構成及び主要光路を示す図である。
【図１５】図１４に示す画像読取装置における結像光学系の構成部分及び主要光路を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る画像読取装置における結像光学系の構成部分及び主要光路を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態４に係る画像読取装置における結像光学系の内部構造を示す斜視図である。
【図１８】図１７に示す画像読取装置における１セル分の光学系を示す斜視図である。
【図１９】図１７に示す画像読取装置における副走査方向の透視図である。
【図２０】図１７に示す画像読取装置の遮光部材を示す斜視図である。
【図２１】図２０に示す画像読取装置の裏面を示す斜視図である。
【図２２】本発明の実施の形態５に係る画像読取装置における光学系の内部構造を示す斜視図である。
【図２３】図２２に示す画像読取装置における光路を示す図である。
【図２４】図２２に示す画像読取装置における遮光部材を示す斜視図である。
【図２５】図１に示す画像読取装置の画像結合処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  結像光学系、２  照明光源、３  天板、４  基板、５  メモリ、
６  処理装置、７  原稿、
１１、１２、１３、１４、…  セル、３１，３２，３３，３４，…  被撮像部、
４１、４２、４３、４４、…  撮像素子部、６１  画像修正部、
１００  第１レンズ、１０１  アパーチャ、１０２  第２レンズ、
２１１  主走査方向、２１２  副走査方向、２１５  第１列、２１６  第２列、
２０１〜２０５  画像読取装置。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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