JP2005244387A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レンズ鏡筒部分を大型化させることなく、撮像レンズの温度変化に起因する光学倍率の変動を補正する。
【解決手段】 レンズ鏡筒３２よりも熱膨張率の高い材料から生成される倍率補正部材３４は、レンズ鏡筒３２とＣＣＤホルダ３３との間に取り付けられる。周囲温度が基準温度を上回ると、倍率補正部材３４が膨張し、その光軸方向の長さが増加して、レンズ鏡筒３２が写真フイルム側に押し出される（（Ｂ）の状態）。これにより、ＣＣＤエリアセンサとレンズユニット３０との間の光路長が伸び、光学倍率の変動を補正する。一方、周囲温度が基準温度を下回ると、倍率補正部材３４が収縮し、その光軸方向の長さが短縮して、レンズ鏡筒３２が図中上方に押し戻される（（Ａ）の状態）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、読取対象原稿に記録された画像を光電的に読み取って、画像データを出力する画像読取装置に関するものである。

特開平９−１５２５４０号公報

写真フイルムに記録された画像を光電的に読み取ってデジタルの画像データを出力する画像読取装置と、画像データに基づいて強度変調された記録光で感光性記録紙に画像を露光するプリンタ装置と、記録紙に現像・乾燥処理を行ってプリント写真を生成するプロセサ装置とからなるデジタルプリントシステムが広く普及している。画像読取装置は、光電変換手段としてのＣＣＤイメージセンサと、写真フイルムからの光をＣＣＤイメージセンサの光電面に結像させる撮像レンズと、ＣＣＤイメージセンサから出力される画像データを補正する画像処理部とから構成される。

撮像レンズの小型化、及び色収差を極力抑える観点から、低分散ガラスを材料としたレンズ素子が好ましく用いられている。この低分散ガラスは、色収差が小さくなる反面、温度に対する膨張率や屈折率の変化が通常のガラスよりも高いため、光学倍率が変動しやすいという特性がある。そこで、撮像レンズ近傍の温度を測定し、検出された温度に基づいて撮像レンズのみを光軸方向に沿って移動させることで、光学倍率の変動を補正することが行われている（特許文献１参照）。

上記特許文献に記載の装置では、撮像レンズの移動を可能にするためにレンズ鏡胴にカム機構等の移動手段を組み込んでいるので、レンズ鏡胴部分が大型化するとともに、製造コストが高くなってしまうという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、装置を大型化させることなく、光学倍率の変動を補正することが可能な画像読取装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像読取装置は、読取原稿からの光を読み取る撮像素子と、撮像素子の受光面に光を結像する撮像レンズと、撮像レンズを内部に保持するレンズ鏡筒とを備え、撮像レンズの周囲温度の上昇に伴い熱膨張し、レンズ鏡筒を読取原稿側に押し出すことで、撮像レンズの温度変化に起因する光学倍率の変動を補正する倍率補正部材をレンズ鏡筒に取り付けたことを特徴とする。

撮像レンズの光軸方向における倍率補正部材の熱膨張量は、撮像素子と撮像レンズとの間の光軸方向の距離をＬ、撮像レンズの焦点距離をｆ、焦点距離ｆの変位量をΔｆ、撮像レンズの光学倍率をＭとすると、（（１＋Ｍ）（ｆ＋Δｆ）−Ｌ）×０．５〜（（１＋Ｍ）（ｆ＋Δｆ）−Ｌ）×１．５の範囲であることが好ましい。撮像素子及び撮像レンズを含む光学系と、読取原稿とを光軸方向に相対的に移動し、読取原稿に自動的にピント合わせを行うことが好ましい。倍率補正部材は、レンズ鏡筒よりも熱膨張率の高い材料から生成されることが好ましい。倍率補正部材の読取原稿側の面が、レンズ鏡筒に接触した状態で固定されており、撮像レンズの周囲温度の上昇に伴って倍率補正部材が熱膨張し、レンズ鏡筒との接触面を読取原稿側に押圧することで、撮像レンズを光軸方向に移動させることが好ましい。

レンズ鏡筒を光軸の垂直方向で固定し、撮像レンズの光軸がずれるのを防止する規制手段を備えることが好ましい。レンズ鏡筒を水平に維持し、撮像レンズの光軸が傾くのを防止する傾き調整部材を倍率補正部材に取り付けることが好ましい。

本発明によれば、撮像レンズの周囲温度の上昇に伴って倍率補正部材が熱膨張し、レンズ鏡筒を読取原稿側に押し出すことで、撮像レンズを光軸方向に移動させるから、撮像レンズを移動する機構を設けることなく、光学倍率の変動を補正することができる。したがって、装置を小型化することができるとともに、コストダウンを図ることができる。

また、レンズ鏡筒よりも熱膨張率の高い材料で生成される倍率補正部材の、読取原稿側の面を、レンズ鏡筒に接触した状態で固定しつつ、規制手段を用いてレンズ鏡筒を光軸の垂直方向で固定するので、撮像レンズの光軸がずれるのを防止することができる。さらに、傾き調整部材を用いてレンズ鏡筒を水平に維持するので、撮像レンズの光軸が傾くのを防止することができる。

図１は、本発明の画像読取装置を備えたデジタルプリントシステムの概略図である。デジタルプリントシステムは、画像読取装置１１と画像出力装置１２とから構成されている。画像読取装置１１は、読取原稿としての写真フイルム１３を搬送するフイルムキャリア１４、写真フイルム１３に読取光を照射する光源部１５、及び、写真フイルム１３を通過した読取光を検出する読取部１６等から構成される。

光源部１５には、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等からなるランプ１７が備えられ、ＩＲカットフィルタ１９、光量調整絞り板２０、バランスフィルタ２１、光拡散ボックス２２、拡散板２３が光軸２８に沿って順に配置されている。ランプ１７の周囲にはリフレクタ１８が設けられ、ランプ１７から発せられた読取光を写真フイルム１３に向けて反射する。なお、ランプ１７の代わりにＬＥＤ等の発光素子を用いることもできる。ランプ１７からの読取光は光量調整絞り板２０においてその光量が調節され、さらに光拡散ボックス２２及び拡散板２３によって均一な読取光として写真フイルム１３の記録面に照射される。

フイルムキャリア１４は、写真フイルム１３を支持するキャリアベース２４、写真フイルム１３の光軸方向へのばたつきを抑制するフイルムマスク２５、及び、搬送ローラ対２６，２７からなる。フイルムキャリア１４は、１３５タイプやＩＸ２４０タイプ等の各種タイプ毎に用意されており、読み取りに用いられる写真フイルム１３の種類に適合したものがセットされる。フイルムキャリア１４にセットされた写真フイルム１３は、搬送ローラ対２６，２７によって、写真フイルム１３の記録面が光軸２８の垂直方向に往復搬送される。正方向送り時では、写真フイルム１３が１コマずつ間欠搬送され、各コマの画像の読み取りが行われる。所定の画像が全て読み取られると、写真フイルム１３が逆方向に搬送され、図示しないフイルムカートリッジに巻き戻される。なお、フイルムキャリアとしては、１３５フイルム用及びＡＰＳフイルム用の２つの搬送路を光軸２８の平行方向、あるいは垂直方向に並べたものを用いても良い。

フイルムマスク２５の光軸２８に対応する部分には、写真フイルム１３の幅方向に細長い開口２５ａが形成されている。光源部１５から写真フイルム１３に照射された読取光は、この開口２５ａを通過して読取部１６に照射される。

読取部１６は、レンズユニット３０（図３参照）、ＣＣＤエリアセンサ３１、レンズ鏡胴３２及びＣＣＤホルダ３３等を備えている。レンズユニット３０は、色収差の小さな複数の低分散レンズから構成され、レンズ鏡胴３２の内部に保持されている。レンズ鏡筒３２は、ＣＣＤホルダ３３との間で後述する倍率補正部材３４を挟み込んだ状態で、ＣＣＤホルダ３３に固定されている。

ＣＣＤホルダ３３は、ＣＣＤエリアセンサ３１を保持している。ＣＣＤエリアセンサ３１は、二次元状に並べられたＲ，Ｇ，Ｂ用受光素子を有しており、写真フイルム１３を通過した読取光を光電変換して画像信号を生成する。この画像信号は画像処理部３５へ送られ、種々の信号処理及びＡ／Ｄ変換が施された後、画像データとして画像出力装置１２に出力される。なお、ＣＣＤエリアセンサ３１に代えて、公知の各種エリアセンサやラインセンサを用いてもよい。

ＣＣＤホルダ３３は、支持板３８に固定されている。支持板３８には、ネジ穴が形成されており、これにガイドロッド３９が螺合している。ガイドロッド３９には、ギア４０を介してモータ４１が接続されている。モータ４１からの駆動力を受けてガイドロッド３９が回転すると、支持板３８が光軸方向に移動するとともに、レンズ鏡筒３２とＣＣＤホルダ３３とが一体となって光軸方向に移動する。この際、ＣＣＤエリアセンサ３１とレンズユニット３０との距離は変化しない。これにより、写真フイルム１３とＣＣＤエリアセンサ３１との距離（共役長）が変化し、焦点調整が行われる（オートフォーカス機能）。この焦点調整によって、ランプ１７から発せられた光で照明された撮影コマがＣＣＤエリアセンサ３１の光電面に結像される。

ここで、温度変動に起因してレンズユニット３０の光学特性が変化すると、焦点調整後の読取画像の光学倍率が変動する。すなわち、図２に示すように、ＣＣＤエリアセンサ３１の撮像範囲５０内で予め定められたトリミング範囲５１に対して、写真フイルム１３の画像範囲５２にずれが生じてしまう。図２の例では、トリミング範囲５１がフイルム画像範囲５２よりも大きいため、トリミングで得られた読取画像のエッジに余白部分が生じてしまう。

本実施例では、レンズユニット３０の周囲温度が後述する基準温度に達し、上昇するに伴い熱膨張する倍率補正部材３４を用いて、レンズユニット３０を写真フイルム１３側に微小に押し出すことで、低分散レンズの温度変化に起因する光学倍率の変動を補正する。倍率補正部材３４は、熱膨張率がレンズ鏡筒３２の生成材料よりも高い材料を用いて生成される。この倍率補正部３４の生成材料としては、金属、エボナイト、プラスチック、木材等、あらゆる物質を用いることが可能である。倍率補正部材３４の形状は、例えば、光軸２８を囲む輪状に形成される。倍率補正部材３４は、低分散レンズの光学特性に基づいて設定された基準温度からの温度上昇に対応して、補正距離Ｃ１だけ光軸方向に膨張し、その光軸方向の長さが増加する。

補正距離Ｃ１は、以下のようにして求められる。図３に示すように、レンズユニット３０の後側主点とＣＣＤエリアセンサ３１との距離をＬ１とし、レンズユニット３０の前側主点と写真フイルム１３との距離をＬ２とする。このとき、レンズユニット３０の焦点距離をｆとすると、
１／Ｌ１＋１／Ｌ２＝１／ｆ ・・・（１）
が成り立つ。そして、温度変動により焦点距離が（ｆ＋Δｆ）に変化するとともに、距離Ｌ１が（Ｌ１＋ΔＬ１）に、距離Ｌ２が（Ｌ２＋ΔＬ２）に変動すると、以下の式が成り立つ。
１／（Ｌ１＋ΔＬ１）＋１／（Ｌ２＋ΔＬ２）＝１／（ｆ＋Δｆ） ・・・（２）

また、温度変動により読取画像の倍率がＭに変化すると、この値は次式で求められる。
Ｍ＝（Ｌ１＋ΔＬ１）／（Ｌ２＋ΔＬ２） ・・・（３）

式（３）より（Ｌ２＋ΔＬ２）を導き、これを（２）に代入すると、ΔＬ１が次式で求められる。
ΔＬ１＝（１＋Ｍ）（ｆ＋Δｆ）−Ｌ１ ・・・（４）

上記実施形態に係る読取部１６は、オートフォーカス機能、すなわち上式のΔＬ２を補正する機能を有しているため、倍率変動に起因するΔＬ１を打ち消すことができるように、倍率補正部材３４を設計する。また、温度変動に対応する倍率Ｍや焦点距離（ｆ＋Δｆ）の値は、製造時でのテストで予め求められるので、温度特性が（４）式に近い倍率補正部３４を選択することが好ましい。特に、温度に対する膨張量が、ΔＬ１×０．５〜ΔＬ１×１．５の範囲にあることが好ましい。

倍率補正部材３４の好適な設置方法について説明する。図４（Ａ）に示すように、ＣＣＤホルダ３３の底面には取付軸６０が設けられている。レンズ鏡筒３２は、その底部３２ａが取付軸６０に軸支され、光軸方向に移動自在になっている。取付軸６０には、レンズ鏡筒３２の底部３２ａと、ＣＣＤホルダ３３との間に倍率補正部材３４が取り付けられ、その底部３２ａの前面側にバネ６１が取り付けられている。バネ６１は、取付軸６０の先端に設けられたバネ押さえ６０ａと、レンズ鏡筒３２の底部３２ａとの間に取り付けられ、レンズ鏡筒３２を図中上方に押圧している。倍率補正部材３４の光軸２８側の面は、レンズ鏡筒３２の側面に当接している。倍率補正部材３４は、レンズ鏡筒３２及びＣＣＤホルダ３３に必ずしも固定する必要はない。レンズ鏡筒３２とＣＣＤホルダ３３のいずれか一方であっても良いし、どちらにも固定しなくても良い。

周囲温度が基準温度を上回ると、低分散レンズの屈折率が小さくなり、焦点調整後の読取画像の光学倍率が変動する。この時、図４（Ｂ）に示すように、倍率補正部材３４が膨張し、その光軸方向の長さが増加する。レンズ鏡筒３２は、倍率補正部材３４によってレンズ鏡筒３２の底部３２ａが上面側から押圧され、バネ６１の付勢力に抗して写真フイルム１３側に押し出される。これにより、ＣＣＤエリアセンサ３１とレンズユニット３０との間の光路長が伸び、温度変動に起因する倍率変動を補正する。

周囲温度が基準温度を下回ると、倍率補正部材３４が収縮し、その光軸方向の長さが短縮される。これにより、レンズ鏡筒３２の底部３２ａがバネ６１の弾性力によって上面側に押し戻される（図４（Ａ））。

図４に示す倍率補正部材３４の設置方法では、周囲の温度差によってレンズユニット３０の光軸２８がずれることが予想される。そこで、図４の設置方法に加え、レンズ鏡筒を光軸２８の垂直方向で固定し、レンズユニット３０の光軸２８がずれるのを防止する規制手段を設ける。図５に示す例では、倍率補正部材７４の外周を保持する金属性の円管７５と、この円管７５を光軸２８に向けて付勢するバネ７６とが設けられている。バネ７６は、ＣＣＤホルダ３３を包囲する外筒（図示せず）の内周面に取り付けられ、外筒と円筒７５との隙間嵌めの役割を果たす。このバネ７６の付勢により、レンズ鏡筒７２、倍率補正部材７４及び円筒７５が光軸２８に対して位置決めされる。

周囲温度が基準温度を上回ると、図５（Ｂ）に示すように、倍率補正部材７４が膨張し、レンズ鏡筒７２が補正距離Ｃ１だけ写真フイルム側に押し出される。この時、バネ７６の付勢によってレンズユニット３０の光軸２８がずれることはない。

なお、他の規制手段としては、図６に示すように、ピン８３ａの圧入によりＣＣＤホルダ８３に固定した倍率補正部材８４を、直接に隙間嵌め用バネ８５で光軸２８に向けて付勢する。周囲温度が基準温度を上回ると、図６（Ｂ）に示すように、倍率補正部材８４が膨張し、レンズ鏡筒８２が写真フイルム側に押し出される。この時、バネ８５の付勢によってレンズユニット３０の光軸２８がずれることはない。

図５及び図６に示す例では、レンズユニットの光軸ずれを防止するのに、バネ６７，８５を用いてレンズ鏡筒を光軸の垂直方向で固定したが、レンズ鏡筒全体を、温度変化の影響を受けない読取部本体等に固定するようにしても良い。これにより、レンズ鏡筒を光軸方向にだけ移動可能にし、レンズユニットの光軸ずれを防止することができる。

レンズユニットの光軸ずれは、周囲の温度差から生じる他に、読取部を構成する部品のガタ、不良、取り付けの不具合によりレンズユニットが傾いて生じることがある。そこで、図７に示すように、倍率補正部材９６に傾き調整部材９７を取り付ける。図７（Ａ）は、レンズ鏡筒９２及びＣＣＤホルダ９３を写真フイルム側から見た様子を示し、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＡ１−Ａ２断面を示している。倍率補正部材９６は、各々が円柱状に形成され、レンズ鏡筒９２の底部９２ａに少なくとも３つ取り付けられる。傾き調整部材９７は、例えば、各倍率補正部材９６の上面に配置可能になっている。

読取部の組立時、部品ガタによりＣＣＤホルダ９３が傾いて組み付けられた場合、各傾き調整部材９７は、ＣＣＤホルダ９３に固定されるレンズ鏡筒９２を水平に維持するようにその形体を変位させる（図７（Ｂ））。これにより、レンズ鏡筒９２の姿勢を調整し、レンズユニット９０の光軸２８が傾くのを防止することができる。

レンズユニットの傾きを防止する方法としては、図７に示す傾き調整部材９７に限定されず、あおり調整部材を用いてレンズの角度調整を行うようにしても良い。

上記実施形態では、レンズ鏡筒３２とＣＣＤホルダ３３とを光軸方向に移動することで焦点調整を行ったが、これら光学系を移動せずに、フイルムキャリア１４を光軸方向に変位させ、写真フイルム１３を移動することで焦点調整を行っても良い。

上記実施形態では、倍率補正部材が熱膨張し、レンズ鏡筒の底部を読取原稿側に押圧することで、レンズユニットを光軸方向に移動させたが、レンズユニットを直接に押圧するようにしても良い。

画像読取装置の概略図である。 撮像レンズの温度変化によって、ＣＣＤエリアセンサに結像される読取画像範囲が変動した状態を示す説明図である。 読取部の断面図である。 倍率補正部材の設置例を示す概略図であり、（Ａ）は周囲温度が基準温度を下回る時の状態を、（Ｂ）は周囲温度が基準温度を上回る時の状態を表している。 レンズユニットの光軸ずれを防止する規制手段を示す概略図であり、（Ａ）は周囲温度が基準温度を下回る時の状態を、（Ｂ）は周囲温度が基準温度を上回る時の状態を表している。 レンズユニットの光軸ずれを防止する他の規制手段を示す概略図であり、（Ａ）は周囲温度が基準温度を下回る時の状態を、（Ｂ）は周囲温度が基準温度を上回る時の状態を表している。 レンズユニットの傾きを防止するための傾き調整部材の設置例を示す説明図である。

符号の説明

１１ 画像読取装置
１３ 写真フイルム
３０ レンズユニット
３１ ＣＣＤエリアセンサ
３２ レンズ鏡筒
３４ 倍率補正部材
９７ 傾き調整部材

Claims (7)

1. 読取原稿からの光を読み取る撮像素子と、前記撮像素子の受光面に前記光を結像する撮像レンズと、前記撮像レンズを内部に保持するレンズ鏡筒とを備えた画像読取装置において、
   前記撮像レンズの周囲温度の上昇に伴い熱膨張し、前記レンズ鏡筒を前記読取原稿側に押し出すことで、前記撮像レンズの温度変化に起因する光学倍率の変動を補正する倍率補正部材を前記レンズ鏡筒に取り付けたことを特徴とする画像読取装置。
2. 前記撮像レンズの光軸方向における、前記倍率補正部材の熱膨張量は、前記撮像素子と撮像レンズとの間の前記光軸方向の距離をＬ、撮像レンズの焦点距離をｆ、焦点距離ｆの温度変位量をΔｆ、撮像レンズの光学倍率をＭとすると、
   （（１＋Ｍ）（ｆ＋Δｆ）−Ｌ）×０．５〜（（１＋Ｍ）（ｆ＋Δｆ）−Ｌ）×１．５
   の範囲であることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 前記撮像素子及び撮像レンズを含む光学系と、前記読取原稿とを光軸方向に相対的に移動し、前記読取原稿に自動的にピント合わせを行うことを特徴とする請求項１または２記載の画像読取装置。
4. 前記倍率補正部材は、前記レンズ鏡筒よりも熱膨張率の高い材料から生成されることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の画像読取装置。
5. 前記倍率補正部材の前記読取原稿側の面が、前記レンズ鏡筒に接触した状態で固定されており、
   前記撮像レンズの周囲温度の上昇に伴って前記倍率補正部材が熱膨張し、前記レンズ鏡筒との接触面を前記読取原稿側に押圧することで、前記撮像レンズを光軸方向に移動させることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の画像読取装置。
6. 前記レンズ鏡筒を光軸の垂直方向で固定し、前記撮像レンズの光軸がずれるのを防止する規制手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の画像読取装置。
7. 前記レンズ鏡筒を水平に維持し、前記撮像レンズの光軸が傾くのを防止する傾き調整部材が前記倍率補正部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の画像読取装置。

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