JP2009089314A - 画像読取装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇時にもレンズと撮像素子の位置関係を保つこと、および撮像素子を保持する構成部品の温度上昇自体を低減させ、良質な画像読取を可能にする。
【解決手段】結像レンズに対して対向設置される撮像素子であるＣＣＤ１を保持部材３に接触させた状態で保持し、かつ保持部材３の中央部分を基板２から浮かせた状態で、基板２に保持部材３の両端部分Ａを締結する。この構成によって、保持部材３を介してＣＣＤ１と結像レンズとの位置決め，位置設定の維持が行われることになる。このため、仮に基板２が変形した場合でも、その変形によりＣＣＤ１の位置が動くことがないため、ＣＣＤ１と結像レンズとの位置関係を維持することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、原稿を照射した反射光を撮像素子上に結像させ、原稿画像を読み取る画像読取装置、および画像読取装置を搭載する画像形成装置に関するものである。

画像読取装置の高精度化および生産性の向上に伴い、同一画像を読み取る際に、単位時間に扱う情報量が飛躍的に増大している。それに伴い各構成部品の発熱量も高くなり、装置内部の温度上昇も大きくなっていることから、温度変動に留意した設計が求められている。一方、装置の小型化あるいは低コスト化に対する要望も強く、装置内部の温度に対しては、より不利な状況となっている。

図１５は一般的な画像読取装置の内部構造を示す構成図、図１６は図１５の画像読取装置の要部を示す斜視図であり、画像読取装置の光学系ユニット１０１内には、光源であるランプ１０４と第一ミラー１０５とを具備した第一走行体１０３、および第二ミラ−１０７と第三ミラー１０８とを具備した第二走行体１０６、およびコンタクトガラス１０２上の原稿（図示せず）からの反射光像を撮像素子のＣＣＤ１１０上に結像させる結像レンズ１０９が設けられており、ホストコンピュータ（図示せず）から送られてくる１ライン毎の画像読取要求の信号に応じて、第一走行体１０３および第二走行体１０６は、それぞれ２：１の速度でコンタクトガラス１０２上の原稿に沿って移動しながら、画像の読み取りを逐次行うように構成されている。

図１７は図１５，図１６のレンズユニットとＣＣＤユニットの構成を示す斜視図、図１８は図１７の構成における要部を示す斜視図であり、レンズユニット３０１は、結像レンズ１０９を保持するレンズ保持部材３０２と保持フレーム３０３とを備え、ＣＣＤユニット３０５はＣＣＤ１１０を搭載する基板３０６を備えており、図１７に示すように、保持フレーム３０３と基板３０６とが連結部材３０７にて連結されている。

連結部材３０７は、光学系のばらつきを吸収するために結像レンズ１０９とＣＣＤ１１０との位置関係を調整し、読取対象の原稿面上の画像が最適な状態でＣＣＤ１１０上に結像した時点で、接着あるいはネジ締結などにより位置関係を固定する方法が採用されている。

しかしながら、既述したような状況から近年の装置内部の温度上昇は著しく、今まで意識的に対応する必要のなかった問題が、温度変動が大きいことが起因して顕在化してきている。

図１９（ａ）〜（ｃ）は従来一般に用いられていたＣＣＤユニットにおける問題の説明図であり、ＣＣＤ１１０は基板３０６上に半田付けされたのみであって、図１９（ａ）に示すように、基板３０６と基板調整部材３１０が締結されたものである。このような構成の場合、結像レンズ１０９とＣＣＤ１１０の位置関係は基板３０６を介して決定されるため、例えば、図１９（ｂ）に示すように、温度上昇時に基板３０６が反ると、基板３０６の変形に引っ張られる形でＣＣＤ１１０が変位し、図１９（ｃ）に示すように、結像レンズ１０９との位置関係が崩れる（Ｌ→Ｌ’）ことになる。

そのため、最適な位置に調整されることによって保たれていた結像レンズ１０９とＣＣＤ１１０との光学的特性が大きく変動してしまい、画像読取装置において読み取った画像が劣化してしまう。

また、このような課題に対応するため特許文献１には、温度変化によるラインセンサの反りの変化に対応して、レンズ保持部材により保持される複数のレンズ群におけるレンズ群間の空気間隔を調整する発明が記載されている。
特開２００６−２１１２５１号公報

近年、画像読取装置に対する低コスト化の要望に応じるため、結像レンズの改良が行われているが、結像レンズの特性に余裕がないことも多く、さらに、ＣＣＤの画素サイズが小さくなることにより焦点深度も浅くなることから、小さな変形，変位でも光学的特性に影響し、特性の劣化は著しく、無視できないものとなってきている。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、温度上昇時にもレンズと撮像素子の位置関係を保つこと、および撮像素子を保持する構成部品の温度上昇自体を低減させ、良質な画像読取を可能にする画像読取装置、および画像読取装置を搭載する画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、原稿を露光するための光源と、原稿からの反射光を所定光路へ導くミラーと、前記反射光を撮像素子上に結像させるレンズと、前記反射光の光量を画像信号に変換する撮像素子とを具備し、原稿を照射した際の前記反射光を前記レンズを通して前記撮像素子上に結像させ、原稿画像を読み取る画像読取装置において、前記撮像素子と該撮像素子を搭載する基板との間に前記撮像素子を保持する保持部材を設置し、かつ該保持部材に前記撮像素子を接触させた状態で保持したことを特徴とし、この構成によって、撮像素子は保持部材を介してのみレンズとの位置関係が決まるため、仮に基板が変形した場合でも、その変形により撮像素子が変位することがなくなり、レンズと撮像素子との適正な位置関係を保つことができ、よって、基板変形時の撮像素子の位置変動による画像読取の低下を抑えることが可能になり、常に良好な画像読取が行われる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像読取装置において、保持部材を基板に接触させないことを特徴とし、この構成によって、基板が変形する際に、保持部材に対して明確な支点となる部分がないため分散した変形となり、撮像素子の半田部への負荷の発生を低減させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の画像読取装置において、撮像素子が設けられているパッケージに係合部を設け、保持部材に係合部を係止する係止部を設けたことを特徴とし、この構成によって、撮像素子と保持部材との係止構造によって、互いに確実に位置規制されるため位置精度が維持され、しかも、保持部材を介した放熱性も向上するため、良好な画像読取が可能になる。

請求項４に記載の発明は、請求項３記載の画像読取装置において、係合部と係止部との係合を維持するための加圧力を付与する弾性手段を備えたことを特徴とし、この構成によって、撮像素子と保持部材とが、さらに強固にかつ確実に位置規制されることになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載の画像読取装置において、弾性部材の外装を黒色としたことを特徴とし、この構成によって、弾性部材における不要な光の反射をなくし、撮像素子への光学的不具合の発生を防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載の画像読取装置において、基板を保持部材以外の部材により保持したことを特徴とし、この構成によって、基板の変形，変異などの保持部材への影響をなくすことができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜４いずれか１項記載の画像読取装置において、保持部材をアルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成したことを特徴とし、この構成によって、保持部材を介した撮像素子の放熱がより効果的に行われる。

請求項８に記載の発明は、請求項１記載の画像読取装置において、ミラーとして、光源を搭載した第一走行体に設けられて原稿からの反射光を第二走行体へ導く第一ミラーと、第二走行体に設けられて反射光をレンズおよび撮像素子へと導く第二ミラーおよび第三ミラーとを具備したことを特徴とし、この構成によって、一般的な画像形成装置における読取走査光学系に適用される構造となる。

請求項９に記載の発明は、画像読取部と、該画像読取部から画像情報を受けて画像形成を行う画像形成部とを具備する画像形成装置において、前記画像読取部として請求項１〜８いずれか１項記載の画像読取装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、良好な画像読取が行われるため、高品位の画像形成が可能になる。

本発明の画像読取装置によれば、撮像素子と該撮像素子を搭載する基板との間に撮像素子を保持する保持部材を設置し、かつ該保持部材に撮像素子を接触させた状態で保持したことにより、撮像素子は保持部材を介してのみレンズとの位置関係が決まるため、仮に基板が変形した場合でも、その変形により撮像素子が変位することがなくなり、レンズと撮像素子との適正な位置関係を保つことができ、よって、基板変形時の撮像素子の位置変動による画像読取の低下を抑えることが可能になり、常に良好な画像読取が行われる。

また、本発明の画像形成装置によれば、本発明に係る画像読取装置を搭載したことにより、良好な画像読取が行われるため、高品位の画像形成が実現する。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係る画像読取装置は、基本的に図１５〜図１７にて説明した画像読取装置の構成と同様なものであって、本発明はそのＣＣＤユニットの改良構造であり、以下の説明においてＣＣＤユニットの要部について説明する。

図１は本発明の画像形成装置の実施形態１におけるＣＣＤユニットの斜視図、図２は図１におけるＣＣＤと保持部材の斜視図、図３は図１のＣＣＤユニットの側面図であって、１は撮像素子であるＣＣＤ（charge-coupled device）、２はＣＣＤ１を搭載した基板、３は、基板２とＣＣＤ１との間に設置されて、ＣＣＤ１を保持する保持部材、４は基板１に接続するＣＣＤ１の半田部である。

図３において、保持部材３はＣＣＤ１を接触させた状態で保持し、保持部材３の中央部分を基板２から浮かせるようにし、両端部分Ａを基板２に接着して締結されている。

したがって、本実施形態のＣＣＤユニットを図１５〜図１７に示す構成例のＣＣＤユニットに代えて取り付け、保持部材３を介して結像レンズ１０９との位置決め，位置設定の維持が行われることになるため、仮に基板２が変形した場合でも、その変形によりＣＣＤ１の位置が動くことはなくなり、結像レンズ１０９との位置関係は保たれる。そのため、温度変動時にも、基板２の変形により発生するＣＣＤ１の位置変動による画像読取の劣化を抑えることができ、常に良好な画像読取を行うことができる。

従来技術のように、結像レンズ１０９とＣＣＤ１１０との位置関係を基板３０６を介して決定する構成の場合、温度変動などで基板３０６が変形すると、結像レンズ１０９とＣＣＤ１１０との位置関係が崩れ、光学的特性が劣化する問題がある。これに対し、本実施形態のように、ＣＣＤ１を保持部材３に取り付け、該保持部材３を介して結像レンズ１０９との位置関係を決めるような構成とすると、仮に基板２が変形した場合でも、その変形によりＣＣＤ１の位置が動くことはないため、結像レンズ１０９との位置関係は保たれる。そのため、温度変動時にも、基板２の変形によるＣＣＤ１の位置変動による画像読取信号の劣化を抑えることができ、常に良好な画像読取が行われる。

ところで、図３に示すように、保持部材３と基板２とを保持部材３の両端部分Ａにて締結すると、その締結部点を支点として基板２が反るため、ＣＣＤ１を基板２に接続している半田部４に負荷が加わり、半田部４が外れるおそれがある。

この課題を回避するため、本発明の実施形態２では、図４に示すＣＣＤユニットの一部断面図と図５に示す斜視図のように、保持部材３と基板２とを接触しない構成にすることにより、基板２と保持部材３とにおいて明確な支点となる部分がない構造になるため、負荷が加わっても分散した変形となることから、半田部４への負荷を低減させることができる。

また、実施形態１，２のような構成の場合、ＣＣＤ１を保持部材３に固定する方法としては、例えば、図６に示すように、ＣＣＤ１のパッケージ背面と保持部材３の間に接着層５を設けることが考えられる。ＣＣＤ１は保持部材３に対し、ある程度の精度で固定しなければ調整範囲が広くなるため、部品が大きくなってしまうが、接着層５があると位置精度の確保が難しくなってしまう。しかも、接着層５は温度変動時の挙動も予測しにくく、熱伝導率が低いため、ＣＣＤ１の放熱の妨げにもなる。

この課題を回避するため、本発明の実施形態３におけるＣＣＤユニットでは、図７に示すように、ＣＣＤ１のパッケージに係合部としての溝１ａを形成し、図８に示すように、保持部材３に溝１ａに係止する係止部としての突起部３ａを形成し、図９に示すように、突起部３ａを溝１ａに嵌めてＣＣＤ１と保持部材３との位置精度を確保した上で固定する構成にしている。

さらに、図１０，図１１に示すように、前記突起部３ａと前記溝１ａとの係合部分を板バネなどからなる弾性部材６により加圧し、より強固に固定する構成にすることにより、ＣＣＤ１と保持部材３とが直接接触することになって位置精度も確保しやすく、また放熱性も向上するため、良好な読取情報を得ることができる。

なお、前記弾性部材６により加圧する構成の場合、一般的には弾性部材としてステンレスの薄板などを用いることが考えられるが、ＣＣＤ１近傍に反射率の高い部品を使用すると、その部品における光反射により、不必要な光がＣＣＤ１に入り込み読取信号の精度が劣化する可能性がある。このため、弾性部材６の外装を黒色とすることにより、不要な光の反射を防止し、良好な読取情報を得ることができる。

実施形態２において、基板２は、ＣＣＤ１と半田部４とで接続されているだけであるため、保持部材３によりＣＣＤ１を保持した状態では、基板２の自重が全て半田部４に加わることになる。そのため、半田部４の緩みや外れが発生する可能性がある。

これに対し、本発明の実施形態４では、位置調整などの後に、基板２を保持部材３以外の部品に締結することにより、実施形態２で説明した保持部材３と基板２とが接触することによる不具合を回避すると共に、半田部４への負荷を低減させることが可能となる。

図１２は本発明の実施形態４におけるＣＣＤユニットの側面図、図１３は図１２のＣＣＤユニットを底面側から見た斜視図であり、本実施形態では、結像レンズ７を保持する保持フレーム８からなるレンズユニット９によって基板２を保持させている。

なお、前記実施形態において、ＣＣＤ１と保持部材３とが直接接触していると、その接触面からの放熱が期待できるため、保持部材３の材質をアルミニウムあるいはアルミニウム合金などの熱伝導率の高い材質とすることによって、より効率よく放熱効果を得ることができる。

図１４は本発明に係る画像読取装置を搭載した画像形成装置の実施形態であるレーザプリンタの構成図であり、図１５，図１６にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

本レーザプリンタの画像形成部１０は、感光体１１、帯電ローラ１２、現像装置１３、転写ローラ１４、クリーニング装置１５、定着装置１６、光走査装置１７、給紙カセット１８、レジストローラ対１９、給紙コロ２０、用紙搬送路２１、排紙ローラ２２、排紙トレイ２３などから構成されているものである。

また、画像読取部２５は、図１５，図１６にて説明した画像読取装置の構成と同様なものであって、前記各実施形態の構成のように本発明によるＣＣＤユニットの改良構造を採用したものである。

画像読取部２５では、第一走行体１０３と第二走行体１０３を走査させて、コンタクトガラス１０２上の原稿（図示せず）を走査し、原稿からの反射光像をＣＣＤ１１０に結像させる。ＣＣＤ１１０において原稿の反射光像を光電変換してアナログ画像信号とし、原稿の読み取りが行われる。そして原稿の読取終了後に、第一走行体１０３と第二走行体１０３はホームポジション位置に復帰する。

なお、ＣＣＤ１１０から出力されたアナログ画像信号は、図示しないアナログ／デジタル変換器によりデジタル画像信号に変換され、画像処理回路を搭載した回路基板において、各々の画像処理（２値化，多値化，階調処理，変倍処理，編集処理など）が施される。

画像処理信号は光走査装置１７へ出力され、光走査装置１７による感光体１１に対する光走査にて感光体１１の表面に潜像が形成される。感光体１１の潜像は現像装置１７でトナー現像され、このトナー像が転写ローラ１４により用紙に転写される。転写後の用紙は、定着装置１６による定着処理を受けた後、排紙ローラ２２によって排紙トレイ２３へ排出される。

本実施形態では、図１〜図１３にて説明した結像レンズ７（１０９）とＣＣＤ１（１１０）を具備する画像読取装置２５の光学系において、光学系のばらつきを吸収するために結像レンズ７（１０９）とＣＣＤ１（１１０）との位置関係を調整して、最適な状態でＣＣＤ上に原稿の反射光像が結像するようにした後に、各部を接着あるいはネジ締結などの手段により位置関係を固定する方法が採用されている。

このようにＣＣＤユニットで特性を保障することにより、仮に不具合が生じたときにもＣＣＤユニットを交換すれば、光学系，機械系として再度調整を実施することなく、良好な状態に特性復帰することが可能になり、常に良好な画像読取が行われるため、高品位の画像形成が可能になる。

本発明は、複写機，ファクシミリ，スキャナなど画像形成装置に搭載され、原稿像をＣＣＤなどの撮像素子により読み取る画像読取装置として適用される。

本発明の画像形成装置の実施形態１におけるＣＣＤユニットの斜視図 図１のＣＣＤユニットにおけるＣＣＤと保持部材の斜視図 図１のＣＣＤユニットの側面図 本発明の実施形態２におけるＣＣＤユニットの一部断面図 図４のＣＣＤユニット部分の斜視図 実施形態１，２の構成においてＣＣＤパッケージ背面と保持部材間に接着層を設けた構成例を示す断面図 本発明の実施形態３におけるＣＣＤユニットのＣＣＤパッケージの平面図 実施形態３におけるＣＣＤユニットの保持部材３の斜視図 実施形態３におけるＣＣＤと保持部材との固定状態を示す斜視図 実施形態３において弾性部材を設けた構成例を示す斜視図 実施形態３において弾性部材を設けた構成例を示す正面図 本発明の実施形態４におけるＣＣＤユニットの側面図 図１２のＣＣＤユニットを底面側から見た斜視図 本発明に係る画像読取装置を搭載した画像形成装置の実施形態であるレーザプリンタの構成図 一般的な画像読取装置の内部構造を示す構成図 図１５の画像読取装置の要部を示す斜視図 図１５，図１６のレンズユニットとＣＣＤユニットの構成を示す斜視図 図１７の構成における要部を示す斜視図 （ａ）〜（ｃ）は従来一般に用いられていたＣＣＤユニットにおける問題の説明図

符号の説明

１，１１０ ＣＣＤ
１ａ 溝
２ 基板
３ 保持部材
３ａ 突起部
４ 半田部
５ 接着層
６ 弾性部材
７，１０９ 結像レンズ
８，３０３ 保持フレーム
９，３０１ レンズユニット
１０ 画像形成部
２５ 画像読取部
１０１ 光学系ユニット
１０３ 第１走行体
１０４ ランプ
１０５ 第一ミラー
１０６ 第二走行体
１０７ 第二ミラー
１０８ 第三ミラー
３０５ ＣＣＤユニット

Claims (9)

1. 原稿を露光するための光源と、原稿からの反射光を所定光路へ導くミラーと、前記反射光を撮像素子上に結像させるレンズと、前記反射光の光量を画像信号に変換する撮像素子とを具備し、原稿を照射した際の前記反射光を前記レンズを通して前記撮像素子上に結像させ、原稿画像を読み取る画像読取装置において、
   前記撮像素子と該撮像素子を搭載する基板との間に前記撮像素子を保持する保持部材を設置し、かつ該保持部材に前記撮像素子を接触させた状態で保持したことを特徴とする画像読取装置。
2. 前記保持部材を前記基板に接触させないことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 前記撮像素子が設けられているパッケージに係合部を設け、前記保持部材に前記係合部を係止する係止部を設けた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. 前記係合部と前記係止部との係合を維持するための加圧力を付与する弾性手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の画像読取装置。
5. 前記弾性部材の外装を黒色としたことを特徴とする請求項４記載の画像読取装置。
6. 前記基板を前記保持部材以外の部材により保持したことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の画像読取装置。
7. 前記保持部材をアルミニウムあるいはアルミニウム合金から形成したことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の画像読取装置。
8. 前記ミラーとして、前記光源を搭載した第一走行体に設けられて原稿からの反射光を第二走行体へ導く第一ミラーと、前記第二走行体に設けられて前記反射光を前記レンズおよび前記撮像素子へと導く第二ミラーおよび第三ミラーとを具備したことを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
9. 画像読取部と、該画像読取部から画像情報を受けて画像形成を行う画像形成部とを具備する画像形成装置において、
   前記画像読取部として請求項１〜８いずれか１項記載の画像読取装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

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