JP5236185B2

JP5236185B2 - 画像読取ユニットおよび画像読取装置

Info

Publication number: JP5236185B2
Application number: JP2006356458A
Authority: JP
Inventors: 正夫清水; 衛野田
Original assignee: Nisca Corp
Current assignee: Nisca Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: US20080158533A1; US8027068B2; JP2008165070A

Description

本発明は、プラテンガラス等の所定の画像読み取り面上に置かれた原稿の画像を読み取るための画像読取ユニット、および、そのような画像読取ユニットを備える画像読取装置に関する。

近年、スキャナ等の画像読取装置は、読み取り速度の高速化が求められている。また、良好な画像を取得しつつ読み取り速度を高速化するためには、光量の高い光源が必要となる。

しかし、スキャナに良く使用されているキセノンランプなどの蛍光灯（光源）は、光量が高くなるほど発熱量が増えてしまう。そのため、光源からの熱によりミラーなどの光学素子が変形してしまうといった事態が生じる虞がある。

本発明は、前記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、光源からの熱が光学素子に及ぼす影響を最小限に抑えることができる画像読取ユニットおよび画像読取装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、画像読み取り面上に置かれた原稿の画像を読み取るための画像読取ユニットであって、原稿に対して光を照射する光源と、前記原稿からの反射光を反射する複数のミラーで構成されたミラー群と、前記ミラー群からの入射光を集光する集光レンズと、当該集光レンズによって集光された光を光電変換するイメージセンサと、当該イメージセンサが取り付けられたセンサ基板と、を備え、前記画像読取ユニットのハウジング内には、第１プレート、側壁及び第２プレートによって囲まれた領域が形成され、前記ミラー群は、原稿から前記画像読み取り面と略直交する第１の光路に沿って進行する光を受け、前記光を前記画像読み取り面と略平行な第２の光路に沿って反射する第１の反射ミラーと、前記第１の反射ミラーからの光を前記第１の光路と交差する第３の光路に沿って反射する第２の反射ミラーと、前記第１の光路を挟んで前記第２の反射ミラーと反対側に配置され、前記第２の反射ミラーからの光を前記第１の光路と交差する第４の光路に沿って前記イメージセンサに向けて反射する第３の反射ミラーと、前記第１の光路を挟んで前記第３の反射ミラーと反対側に配置され、前記第３の反射ミラーからの光を集光して前記イメージセンサに入射させる集光レンズと、を有し、前記第１の光路を挟んで前記光源と反対側に配置され、前記光源からの光を前記原稿読取面に反射する反射板を、さらに備え、前記集光レンズは、前記領域内における前記第１プレートの一方の端側に取付けられ、前記反射板は、前記領域外における前記第１プレートの一方の端側に取り付けられ、前記光源は、前記第１の光路を挟んで前記集光レンズの反対側における前記集光レンズと前記第３の反射ミラーとの間の前記領域外に配置された、ことを特徴とする画像読取ユニットを提供するものである。

本発明によれば、画像読取ユニットのハウジング内に、第１プレート、側壁及び第２プレートによって囲まれた領域が形成され、発熱体としての光源が前記領域外に配置されているために、前記領域内に配置された集光レンズを含む光学系への熱の影響を最小限に抑えることができたのである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は原稿搬送装置を備えた本発明の一実施形態に係る画像読取装置を示す断面図である。図１に基づき、本発明が適用される画像読取装置を説明すると、画像読取装置Ｈは、それ単体でスキャナとして、または、プリンタ等の画像形成装置本体に接続されてＭＦＰ（Multi Function Peripheral）の一部としての使用が可能である。図中Ａは画像読取装置Ｈに搭載された原稿搬送装置であり、原稿搬送装置Ａは、給紙トレイＴ上の原稿を１枚に分離・搬送して画像読取装置Ｈの第１のコンタクトガラス１上面を通過させた後に排紙トレイＥ上に排出させる。なお、原稿搬送装置Ａは、１回の搬送により原稿の表面と裏面の両面を読み取ることができるように第２の読取ユニット４を備えている。

画像読取装置Ｈは、原稿搬送装置Ａで搬送される原稿の読み取りを行なうための画像読み取り面を規定する第１のコンタクトガラス（第１のプラテンガラス）１と、原稿を載置可能な面積の第２のコンタクトガラス（第２のプラテンガラス）２と、原稿搬送装置Ａで搬送される原稿または第２のコンタクトガラス２上に載置された原稿の読み取りを行なうための画像読取ユニットとしての第１の読取ユニット３と、第１および第２のコンタクトガラス１，２を支持するとともに第１の読取ユニット３を収容する箱状のケーシング５とを備えている。そして、第１の読取ユニット３は、モータなどの駆動手段により第２のコンタクトガラス２に沿って移動可能にガイドシャフトなどのガイド手段を介してケーシング５に支持されており、第２のコンタクトガラス２上の原稿の読み取りを行なうときは、第２のコンタクトガラス２に沿って移動しながら読み取りを行ない、原稿搬送装置Ａで搬送される原稿の読み取りを行なうときは、図１に示す位置に停止して読み取りを行なう。

図２には、第１の読取ユニット３の概略構成が断面で示されている。図示のように、第１の読取ユニット３は、主走査方向（図３の矢印Ｘ方向）に長い棒状のキセノンランプなどで構成された原稿に光を照射するランプ（光源）６と、原稿からの反射光を受けるとともに受けた光を所定の光路に沿って伝播する光学系とを備えている。具体的に、本実施形態において、前記光学系は、原稿Ｄの下で原稿Ｄからの反射光を受ける第１の反射ミラー（以下、単にミラーという）７と、第１の反射ミラー７からの光を反射する第２の反射ミラー（以下、単にミラーという）８と、第２の反射ミラー８からの光を反射する第３の反射ミラー（以下、最終ミラーという）９とから成る反射光学系と、最終ミラー９からの光を集光する集光レンズ（以下、単にレンズという）１０とを有している。また、第１の読取ユニット３は、レンズ１０の集光位置に取り付けられて原稿の読み取りを行なうセンサユニット１１と、ランプ６、レンズ１０、ミラー７，８，９、センサユニット１１を支持する樹脂製のハウジング１２と、原稿Ｄの照射位置でより高い光量（輝度）が得られるようにランプ６と対面する位置に配置された反射板１８とを備えている。なお、本構成において、前記光学系はハウジング１２の内部空間Ｓ内に後述するような所定の形態で組み込まれている。

また、第１の読取ユニット３は、レンズ１０の中央と周辺との光量差を小さくして読み取りライン上で光量を均一（フラット）にするために、中央部の開口幅が周辺の開口幅よりも小さな開口が形成されたシェーディング補正板１９も備えている。

ハウジング１２は、上フレーム１００と下フレーム１０１とから構成され、いずれも樹脂で一体成型されている。センサユニット１１は、ＣＣＤなどの複数の光電変換素子を有して原稿Ｄからの光を光電変換するためのインメージセンサ１３と、イメージセンサ１３が取り付けられるとともにイメージセンサ１３を駆動させるためのドライバ回路等の種々の回路が形成されたセンサ基板１４と、センサ基板１４を保持してイメージセンサ１３の位置を調整するためにセンサユニット１１自体の位置調整をするための保持部材１５とによって構成されている。なお、保持部材１５には、イメージセンサ１３への外光の入射を防止するために筒状の遮光部材１６が形成されている。

ランプ６で光を照射された原稿Ｄからの光（第１の光路Ｌ１）は、原稿から下方（画像読み取り面と略直行する方向）に真直ぐに延び、読取ユニット３の上面に形成された開口１７から読取ユニット３内に入り、開口１７の真下でレンズ１０の下方に配置された第１のミラー７で反射される。第１のミラー７で反射された光は、レンズ１０の下方後方に配置された第２のミラー８に向かって延び、第１のミラー７と第２のミラー８との間には、レンズ１０、センサユニット１１の下方を通り、原稿Ｄ（画像読み取り面）に略平行な第２の光路Ｌ２が形成される。更に、第２のミラー８で反射された光は、レンズ１０の前方（入射面側）のランプ６の下方に配置された最終ミラー９に向かって延び、第２のミラー８と最終ミラー９との間には第１の光路Ｌ１と交差する第３の光路Ｌ３が形成される。

最終ミラー９で反射された光は、レンズ１０に入射して集光され、その集光位置に固定されたイメージセンサ１３に入射する。最終ミラー９は、レンズ１０およびインメージセンサ１３よりも下方に配置されているため、最終ミラー９からレンズ１０を通過してイメージセンサ１３に入射するまでの第４の光路Ｌ４は、原稿Ｄ（画像読み取り面）に対し傾斜した（最終ミラー９側が原稿から離れた（下がった））光路を形成している。つまり、本構成において、最終ミラー９は、ハウジング１２の内部空間Ｓ内において、第１の光路Ｌ１を挟んで第２のミラー８と反対側にある所定の第１の位置Ｐに配置され、また、レンズ１０は、ハウジング１２の内部空間Ｓ内において、第１の位置Ｐよりも上側の（第１の光路Ｌ１を挟んで最終ミラー９と反対側にある）第２の位置Ｑに配置されている。

また、シェーディング補正板１９は、レンズ１０の入射側でランプ６の下方に配置されており、第３の光路Ｌ３と第４の光路Ｌ４の各光路の一部を遮り、機械的なシェーディング補正を行なっている。すなわち、本実施形態において、シェーディング補正板１９は、第１の光路Ｌ１を挟んでレンズ１０と反対側に位置されるとともに、第１のミラー７と最終ミラー９との間に配置されており、第３の光路Ｌ３および第４の光路Ｌ４の光量を調整するようになっている。

イメージセンサ１３では、入射した光から電気信号が形成され、センサ基板１４上のＡ／Ｄ変換器や画像処理回路によってデジタル信号変換や画像処理が施された後、ケーブルやＰＣＢボードを介してプリンタ等の画像形成装置やパーソナルコンピュータなどに出力される。

このように、最終ミラー９からイメージセンサ１３までの第４の光路Ｌ４が原稿（第１のコンタクトガラス１または第２のコンタクトガラス２）に対して斜めとなるように各ミラー７，８，９、レンズ１０、センサユニット１１を配置することで、より小さな占有空間でより長い光路を形成できるため、ユニットの小型化に効果がある。

また、ランプ６は、第１の光路Ｌ１と最終ミラー９との間（言い換えると、第１の光路Ｌ１を挟んでレンズ１０と反対の側）の第４の光路Ｌ４がより低くなった位置（第２の位置Ｑよりも第１の位置Ｐに近いハウジング１２の部位）に固定されている。これにより、ランプ６をより低い位置に固定することができ、ユニットの小型化、特に薄型化に効果がある。また、本実施形態において、レンズ１０は、第１のミラー７と第２のミラー８との間に固定されており、そのため、ミラー７，８間の空間（空きスペース）をレンズ１０の設置空間として有効利用してユニットの薄型化を図ることができる。

次に、図３を参照しながら上フレーム１００について詳しく説明する。
この図３は、上フレーム１００を上下反転させた状態の斜視図（上フレーム１００を下側から見た斜視図）である。図示のように、上フレーム１００は、図では底に位置する天板（支持板）１０２と、天板１０２の図中矢印Ｘ方向で示される主走査方向端部に形成され且つ下方（図では上方）に向かって延びる第１の側壁（側板）１０３および第２の側壁（側板）１０４と、図中矢印Ｙで示される副走査方向端部に形成され且つ下方（図では上方）に向かって延びる第３の側壁（側板）１０５とを備えている。

また、上フレーム１００は、その内側に、天板１０２と各側壁１０３，１０４，１０５とによって囲まれてレンズ１０や各ミラー７，８，９等の光学系を収容すると共に光路を形成するための、底面が開放された空間を有している。すなわち、本実施形態において、各側壁１０３，１０４，１０５は、ランプ６が取り付けられる天板１０２の取付面１０２ａ（図５参照）と反対側の面上に立設されており、その内側に前記光学系を組み込むための収容空間Ｓ’を天板１０２と共に形成している。そして、上フレーム１００には、天板１０２と対向する側に、収容空間Ｓ’を開放するための開口３００が形成されているものである。

天板１０２には、その強度を増加させるために複数の屈曲部１９４が形成されている。天板１０２（収容空間Ｓ’内）には、レンズ１０を固定するための台座（レンズ支持部）１０６が上フレーム１００と一体の樹脂で形成されている。図では上方から２個のネジ１０８で板バネ１０７を固定することにより、レンズ１０が台座１０６に固定される。

第１の側壁１０３の下面（図中の上面）には、当該側壁１０３と一体で形成された３個の突起１１１があり、また、第２の側壁１０４の下面（図中の上面）には、２個の突起１１０が形成されている。これらの各突起１１０，１１１は第１のミラー７の支持部を成しており、この支持部に第１のミラー７の端部を載置し、板バネ１１３を上方からネジで各側壁に固定することにより、第１のミラー７が上フレーム１００に固定される。

天板１０２の内側面上には第２のミラー８を支持するため第２のミラー支持部１１３，１１４が天板１０２と一体で形成されている。各第２のミラー支持部１１３，１１４はミラー支持板１１５，１１６を備えており、このミラー支持板１１５，１１６の第２のミラー８が支持される面上には、第１のミラー７の場合と同様に突起が形成されており、これらの突起上に第２のミラー８の端部を載置して、コの字状の板バネ１１７，１１８で第２のミラー８の各端部とミラー支持板１１５，１１６とを挟むことで第２のミラー８が固定される。

第３の側壁１０５のレンズ１０と対向する位置には開口部２００が形成され、この開口部２００を形成している天板１０２には２つの突起２０１，２０２が設けられている。また、開口部２００にはその両端に最終ミラー支持板２０３，２０３（一方の最終ミラー支持板は図示されていない）が形成され、最終ミラー９を突起２０１，２０２、支持板２０３，２０３上に載置した後、コの字状の板バネ２０５，２０６で最終ミラー９の各端部と支持板２０３，２０３とを挟むことにより最終ミラー９が上フレーム１００に固定される。

また、図２から分かるように、第１のミラー７および第２のミラー８は、レンズ１０よりも下側に光路を形成するようにレンズ１０よりも下側に固定されているが、図３に示すように、下側から上フレーム１００に固定されているため、上フレーム１００の形状が複雑にならない。したがって、上フレーム１００の鋳型も複雑とならないため、上フレーム１００自体の精度が向上し、各ミラー７，８，９の位置精度も高くなる。すなわち、本実施形態は、このような構成を採用することにより、従来からある１つの問題を解決しようとするものである。これについて詳しく説明すると、光学素子を含む前記光学系を支持するハウジング１２は、前述したように軽量化のために樹脂で成型されるが、このような樹脂成型の場合、ハウジング１２内部の形状が複雑になればなるほど、型の精度が落ち、それによって各光学素子の位置精度も落ちてしまう。例えば特開平９−６９９１５号公報に開示されたユニットのようにレンズの下方にミラーおよび光路があると、ユニット内にレンズの固定部材を形成し、更に下方に光路が通る通路およびミラーの支持部を設ける必要があるが、ユニットの上方側のみを開口としてユニットの上方側のみから型を抜くようにした場合、型の抜き方向等を考慮するため型の形状が複雑になる。特にユニットの底部にいくほど、すなわちユニットの開口部から距離が離れるほど、介在する型の数が増加し、その分精度は落ちてしまう。無論、このような問題を解決する方法として、ミラーの調整機構を設ける方法もあるが、部品点数の増加を招くとともに組立工程数も増えてしまい、結果としてコストの大きな増加となってしまう。

そこで、本実施形態では、前述したように、ミラー群（７，８，９）がレンズ１０よりも下方で上フレーム１００に固定され且つレンズ１０の下方に光路を形成しているにもかかわらず、上フレーム１００の底部を開放させる（開口３００）ことで、鋳型の形状を複雑にさせないようにし、その結果、読取ユニット３の底部でありながらもフレーム（ミラー支持部）の精度を高め、それにより、ミラー群の位置精度を高めている。また、これにより、ミラー群のフレーム１００への取り付け作業も容易になる。

図４には、上フレーム１００および下フレーム１０１の斜視図が示されている。この図４においても、上フレーム１００は上下が反転された状態となっている。
図示のように、下フレーム１０１には、矢印Ｙで示す副走査方向のレンズ１０の入射面側の端部に２つの突起１１８，１１９が一体で形成されており、上フレーム１００にはこれらの突起１１８，１１９に対応する孔１２０，１２１がそれぞれ形成されている。また、下フレーム１０１には、副走査方向のレンズ１０の出射面側の端部に２つの突起（図示せず）が一体で形成されており、上フレーム１００にもこれらの突起に対応する孔（図示せず）がそれぞれ形成されている。これらの突起を孔に挿入することにより下フレーム１０１が上フレーム１００に固定される。

シェーディング補正板１９は、主走査方向端部にそれぞれ位置決め用の穴１５０が形成されており、この穴１５０を上フレーム１００に形成された突起に合わせることにより位置決めがなされ、ネジ１５１を締めることにより固定される。このように、シェーディング補正板１９も、レンズ１０およびミラー７，８と同様に、上フレーム１００に下方側から取り付けられる。

図５には、天板１０２側から見た読取ユニット３の分解斜視図、図６には、組み立てられた状態の読取ユニットの平面図がそれぞれ示されている。これらの図に示されるように、上フレーム１００の上面すなわち天板１０２には、ランプ６と、反射板１８と、センサユニット１１とが固定される。ランプ６は、上フレーム１００の天板１０２の上面（取付面１０２ａ）に載置される。ランプ６の端部には、ランプ６を保持するためのランプ保持部材２０が設けられており、天板１０２の上面に形成されたネジ穴１５５に、ランプ保持部材２０に形成された穴に通したネジ１５６を締め付けることにより、ランプ６がランプ保持部材２０を介して天板１０２の取付面１０２ａに固定される。すなわち、本実施形態において、ランプ６はヤフジング１２の外側に配置されているものである。

また、反射板１８には、上フレーム１００の上面に形成された位置決め用の突起１２１，１２２に対応する位置に、孔１２３，１２４が形成されている。反射板１８は、突起１２１，１２２を孔１２３，１２４に挿入することにより位置決めされ、ネジ１２５，１２６を締め付けることにより上フレーム１００上の所定の位置に固定される。

また、本実施形態において、センサユニット１１は、イメージセンサ１３を保持する保持部材１５を有しているが、保持部材１５は第１の保持部材１５ａと第２の保持部材１５ｂとから構成されている。また、本実施形態のセンサユニット１１は以下のようにして調整される。

まず、センサ基板１４と第１の保持部材１５ａとが２つのネジ１５２で連結される。次に、治具を使用して第１の保持部材１５ａを移動させてイメージセンサ１３の読み取りラインに対する平行度などを調整した後、２つのネジ１５３により第１の保持部材１５ａと第２の保持部材１５ｂとを結合する。そして、図６に示すように、第２の保持部材１５ｂの矢印Ｘで示す主走査方向端部にはそれぞれ、画像読取ユニット３の内側に向かって延びるアーム１２７，１２８が形成されており、各アーム１２７，１２８には矢印Ｙで示す副走査方向に長い開口１２９，１３０が形成されているため、これらの構成により治具を用いてイメージセンサ１３の副走査方向の距離（倍率）および原稿読み取り面に対する平行度の調整を行なう。調整後は、ネジを締めて固定する。

また、本実施形態において、第２の保持部材１５ｂには、イメージセンサ１３に外光が入射しないように形成された筒状の遮光部材１６が設けられているが、これは、上フレーム１００上面に形成され且つレンズ１０を通過した光を案内すると共に遮光の機能を有する光路ガイド部材２１に挿入される。したがって、本構成では、イメージセンサ１３が取り付けられたセンサ基板１４がハウジング１２の外側に配置されることになる。

以上説明したように、本実施形態の画像読取装置（第１の読取ユニット３）では、ハウジング１２の外側に発熱体としてのランプ（光源）６が配置され、ハウジング１２の内側に光学素子７，８，９・・・を備える光学系を配置しているため、ランプ６からの輻射熱がハウジング１２によって遮られ、前記光学系への熱の影響が最小限に抑えられる。また、本実施形態では、ランプ６と同様に、センサ基板１４もハウジング１２の外側に配置されているため、発熱源となるイメージセンサ１３からの熱がハウジング１２によって遮られ、センサから光学系への熱の影響も抑えられる。

原稿搬送装置を備えた本発明の一実施形態に係る画像読取装置を示す断面図である。第１の読取ユニットの概略構成を示す断面である。上フレームを上下反転させた状態の斜視図である。上フレームおよび下フレームの斜視図である。天板側から見た読取ユニットの分解斜視図である。組み立てられた状態の読取ユニットの平面図である。

符号の説明

１，２プラテンガラス
３第１の読取ユニット（画像読取ユニット）
６ランプ（光源）
７第１の反射ミラー
８第２の反射ミラー
９第３の反射ミラー
１０集光レンズ
１２ハウジング
１３イメージセンサ
１９シェーディング補正板
１００上フレーム
１０１下フレーム
１０２天板（支持板）
１０３，１０４，１０５側壁（側板）
３００開口
Ｄ原稿
Ｓ内部空間

Claims

画像読み取り面上に置かれた原稿の画像を読み取るための画像読取ユニットであって、
原稿に対して光を照射する光源と、前記原稿からの反射光を反射する複数のミラーで構成されたミラー群と、前記ミラー群からの入射光を集光する集光レンズと、当該集光レンズによって集光された光を光電変換するイメージセンサと、当該イメージセンサが取り付けられたセンサ基板と、を備え、
前記画像読取ユニットのハウジング内には、第１プレート、側壁及び第２プレートによって囲まれた領域が形成され、
前記ミラー群は、
原稿から前記画像読み取り面と略直交する第１の光路に沿って進行する光を受け、前記光を前記画像読み取り面と略平行な第２の光路に沿って反射する第１の反射ミラーと、
前記第１の反射ミラーからの光を前記第１の光路と交差する第３の光路に沿って反射する第２の反射ミラーと、
前記第１の光路を挟んで前記第２の反射ミラーと反対側に配置され、前記第２の反射ミラーからの光を前記第１の光路と交差する第４の光路に沿って前記イメージセンサに向けて反射する第３の反射ミラーと、
前記第１の光路を挟んで前記第３の反射ミラーと反対側に配置され、前記第３の反射ミラーからの光を集光して前記イメージセンサに入射させる集光レンズと、を有し、
前記第１の光路を挟んで前記光源と反対側に配置され、前記光源からの光を前記原稿読取面に反射する反射板を、さらに備え、
前記集光レンズは、前記領域内における前記第１プレートの一方の端側に取付けられ、
前記反射板は、前記領域外における前記第１プレートの一方の端側に取り付けられ、
前記光源は、前記第１の光路を挟んで前記集光レンズの反対側における前記集光レンズと前記第３の反射ミラーとの間の前記領域外に配置された、
ことを特徴とする画像読取ユニット。
前記ミラー群、前記集光レンズ、前記イメージセンサが取り付けられたセンサ基板、前記光源、前記反射板は、前記第１プレートに固定されることを特徴とする請求項１に記載の画像読取ユニット。
前記ミラー群は、原稿からの光を受ける第１の反射ミラーと前記第１の反射ミラーからの光を受けて反射する第２の反射ミラーと、を少なくとも有し、
前記集光レンズは、前記領域内において、前記第１の反射ミラーと前記第２の反射ミラーとの間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像読取ユニット。
前記第３の反射ミラーから前記イメージセンサへ向かう光路が、前記画像読み取り面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像読取ユニット。
前記光路は、前記ハウジング内の前記領域内において所定の第１の位置から当該第１の位置よりも上側の第２の位置に向けて上下に傾斜しており、
前記光源は、前記第２の位置よりも前記第１の位置に近いハウジングの部位に支持されていることを特徴とする請求項３に記載の画像読取ユニット。
画像読み取り面を規定するプラテンガラスと、
前記プラテンガラスに沿って移動し、プラテンガラス上に載置された原稿の画像を読み取る請求項１乃至請求項５の何れかの項に記載の画像読取ユニットと、
を備えることを特徴とする画像読取装置。