JP2009278488A - 撮像ユニットおよび画像読取装置ならびに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素化された構成にて、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、および撮像ユニットを構成する部材の温度上昇を低減させることができ、良質な画像信号が得られるようにした撮像ユニットを提供する。
【解決手段】レンズ保持部材４が固定され、かつ基板２とレンズ保持部材４間に介在する調整部材５を介して、基板２とレンズ保持部材４を連結する。調整部材５は、基板２に設けられた拡径孔６を挿通する段付ネジ７を基板２に螺合することにより基板２に締結される。この際、段付ネジ７は、その拡径段部が拡径孔６に隙間をもって配され、かつ雄ネジ部が調整部材５の雌ネジ部に螺合するため、基板２が段付ネジ７により拘束されず、温度上昇時にも基板２が反ることを抑えることができる。よって、ＣＣＤ１の位置は、レンズ光軸方向（ｚ方向）に変位することなく、結像レンズ３との位置関係が保たれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、読取対象からの反射光を撮像素子上に結像させるレンズと、反射光の光量を画像信号に変換する撮像素子とを具備する撮像ユニット、および、その撮像ユニットを搭載する画像読取装置および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１０は一般的な画像読取装置の内部構造を示す構成図、図１１は図１０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、および第二ミラー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である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１２は図１０，図１１のレンズユニットとＣＣＤユニットからなる撮像ユニットの組付状態の構成を示す斜視図、図１３は図１２の構成における要部を示す分解斜視図であり、レンズユニット３０１は、結像レンズ１０９を保持するレンズ枠体３０２が固定されるレンズ保持部材３０３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１２に示すように、レンズ保持部材３０３と基板３０６とが調整部材３０７を介して連結されている。

調整部材３０７は、レンズ保持部材３０３と基板３０６との間に介在して、光学系のばらつきを吸収するため、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ために用いられるものである。

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１４（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１４（ａ）に示すように、基板３０６と調整部材３０７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，調整部材３０７を介して決定されるため、例えば、図１４（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１４（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との光学的特性が温度上昇により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、簡素化された構成にて、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、および撮像ユニットを構成する部材の温度上昇を低減させることができ、良質な画像信号が得られるようにした撮像ユニット、該撮像ユニットを搭載する画像読取装置および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、読取対象からの反射光を撮像素子上に結像させるレンズと、該レンズを保持するレンズ保持部材と、前記反射光の光量を画像信号に変換する撮像素子と、該撮像素子を搭載する基板とを具備した撮像ユニットにおいて、前記レンズ保持部材を前記基板に調整部材を介して固定し、前記調整部材を前記基板に、該基板に設けた拡径孔を挿通させて段付ネジにより締結したことを特徴とし、この構成によって、温度上昇時に熱変形により基板に加わる力を、当該基板が反らないように逃がすことができるため、撮像素子の位置とレンズとの位置関係を保つことが可能となり、温度変動時にも撮像素子の位置変動による画像劣化を抑えることができ、よって、良好な画像信号を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、読取対象からの反射光を撮像素子上に結像させるレンズと、該レンズを保持するレンズ保持部材と、前記反射光の光量を画像信号に変換する撮像素子と、該撮像素子を搭載する基板とを具備した撮像ユニットにおいて、前記レンズ保持部材を前記基板に調整部材を介して固定し、前記撮像素子を前記調整部材に接触させ、前記撮像素子を前記基板に、該基板と前記調整部材とに設けた拡径孔を挿通させて段付ネジにより締結したことを特徴とし、この構成によって、温度上昇時にも熱変形により基板と調整部材に加わる力を、当該基板および調整部材が反らないように逃がすことができるため、撮像素子の位置とレンズとの位置関係を保つことが可能となって、温度変動時にも撮像素子の位置変動による画像劣化を抑えることができ、よって、良好な画像信号を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の撮像ユニットにおいて、拡径孔を複数設け、該拡径孔の少なくとも１つを基板の長手方向に延在する横長孔としたことを特徴とし、この構成によって、ネジ締結方向と、短手方向への撮像素子の位置変動を抑えられるため、温度が変動した場合でも、短手方向（副走査方向）のレジストがずれることなく、より良好な画像信号を得ることが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項３記載の撮像ユニットにおいて、位置決め用孔の基板の長手方向における設置位置を、撮像素子の有効画素領域の一端部の位置とほぼ一致させたことを特徴とし、この構成によって、長手方向（主走査方向）のレジストの基準がほぼ動かずに基板が伸縮するため、主走査方向のレジストの変動を最小限に抑えることが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１または２記載の撮像ユニットにおいて、調整部材をアルミニウムまた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、調整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６に記載の発明は、原稿を照明する光源と、原稿からの反射光を受けて画像信号を出力する撮像部を具備した画像読取装置において、前記撮像部として請求項１〜５いずれか１項記載の撮像ユニットを搭載したことを特徴とし、この構成によって、上記の温度上昇によるレンズと撮像素子との位置関係の変位を防止できるため、良好な画像読取が行われる。

請求項７に記載の発明は、原稿から画像情報を読み取る画像読取部と、該画像読取部から画像信号を受けて記録媒体に画像を形成する画像形成部を具備した画像形成装置において、前記画像読取部として請求項６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、上記の温度上昇によるレンズと撮像素子との位置関係の変位を防止できるため、良好な画像読取が行われ、高品位の画像形成が可能になる。

本発明の撮像ユニットによれば、レンズ保持部材を基板に調整部材を介して固定し、調整部材を基板に該基板に設けた拡径孔を挿通させて段付ネジにより締結したことによって、温度上昇時に熱変形により基板に加わる力を、当該基板が反らないように逃がすことができるため、撮像素子の位置とレンズとの位置関係を保つことが可能となり、温度変動時にも撮像素子の位置変動による画像劣化を抑えることができ、よって、良好な画像信号を得ることができる。

また、本発明の画像読取装置および画像形成装置によれば、本発明に係る撮像ユニット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、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係る撮像ユニットは、基本的に図１０〜図１３にて説明した撮像ユニットの構成と同様なものであって、本発明はその撮像ユニットの改良構造であり、以下の説明において撮像ユニットの要部について説明する。

図１は本発明の撮像ユニットの実施形態１におけるレンズとＣＣＤとの分解斜視図、図２は実施形態１における調整部材と基板との連結構造に関する説明図であって、１は撮像素子であるＣＣＤ（charge-coupled device）、２はＣＣＤ１を搭載した基板、３は原稿（図示せず）からの反射光像をＣＣＤ１上に結像させる結像レンズ、４は結像レンズ３を保持するレンズ保持部材、５は、レンズ保持部材４が固定され、基板２とレンズ保持部材４間に介在して基板２とレンズ保持部材４とを連結する調整部材であって、この連結部材５は、光学系のばらつきを吸収するため、結像レンズ３とＣＣＤ１との設置位置を調整し、読取対象の原稿面上の画像が最適な状態でＣＣＤ１上に結像した時点で、その設置位置をネジ締結することによって固定するために用いられる。

図２（ａ）に示すように、調整部材５は、基板２に設けられた複数（本例では２箇所）の拡径孔６に挿入される段付ネジ７が基板２に螺合することにより、図２（ｂ）に示すように基板２に締結される。各段付ネジ７は、図３に示す断面図のように、拡径段部７ａがそれぞれ拡径孔６に隙間Ｍをもって配され、雄ネジ部７ｂが調整部材５の雌ネジ部５ａに螺合する構造になっている。

本実施形態のように、結像レンズ３とＣＣＤ１との位置関係が、基板２，調整部材５を介して決定される構成であると、温度変動などで基板２が変形した場合、結像レンズ３とＣＣＤ１の位置関係が崩れ、特性が劣化する問題がある。

しかし、本実施形態では、基板２と調整部材５を、前記のように段付ネジ７で締結することにより、変形による歪み力が加わっても、温度上昇時にも基板２が段付ネジ７により拘束されず、基板２は拡径孔６における隙間Ｍの存在により逃げることができるため、基板２が反るようなことを抑制することができる。したがって、ＣＣＤ１の位置がレンズ光軸方向（図１に示すｚ方向）に変位することはないため、結像レンズ３との位置関係が保たれる。そのため、本実施形態では、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劣化を抑えることができ、良好な画像信号を得ることができる。

前記実施形態１の構成では、ＣＣＤ１の位置がレンズ光軸方向（ｚ方向）に変位することはないが、基板２が温度上昇により伸縮する際に、ｘ方向（ＣＣＤ主走査方向：基板の長手方向）およびｙ方向（ＣＣＤ副走査方向：基板の短手方向）へは変位するため、変動した場合にはＣＣＤ１の位置がｘ，ｙ両方向に動いてしまい、ＣＣＤ１の主走査・副走査のレジストがずれてしまうことになる。

そこで、実施形態２では、図４に示す分解斜視図、図５に示す基板の正面図に示すように、基板２の拡径孔６として基板２の長手方向に横長の長孔６ａを設け、さらに位置決め用孔８を設けている。これにより、段付ネジ７により調整部材５を基板２に締結する際に、ｚ方向に加え、少なくともｙ方向へのＣＣＤ１の位置変動を抑えることができるため、温度が変動した場合でも、ＣＣＤ１の副走査方向のレジストがずれることなく、より良好な画像信号を得ることが可能となる。

また前記実施形態２の構成では、ｘ，ｚ方向への位置関係の変動を抑えることができるが、ｘ方向には変位してしまうため、ＣＣＤ１の主走査のレジストは動いてしまう。

そこで、本発明の実施形態３では、図６に示すように、基板２の位置決め用孔８における長手方向の位置を、ＣＣＤ１の有効画素領域における一方側端１ａの近傍に設定している。これにより、段付ネジ７により前記締結を行った後には、ＣＣＤ１の主走査レジストの基準がほぼ動かずに、基板２がｘ方向へ伸縮することになるため、主走査レジストの変動を最小限に抑えることが可能となる。そのため、温度が変動した場合でも、より良好な画像信号を得ることが可能となる。

前記実施形態１〜３では、調整部材５とＣＣＤ１とは接触していない構成である。この場合、ＣＣＤ１を連続駆動した場合などにＣＣＤ１自体からの発熱が大きく、動作に支障をきたす場合がある。

そこで、本発明の実施形態４では、図７，図８に示すように、ＣＣＤ（あるいはＣＣＤユニット）１と基板２との間に調整部材５を挟むように配設して、ＣＣＤ１と調整部材５と接触させる構成にしている。これによりＣＣＤ１の放熱が促進され、温度上昇を抑制することが可能となる。

この際、基板２と調整部材５との各々に、実施形態１〜３にて説明した拡径孔６、あるいは長手方向に横長の長孔６ａや位置決め用孔８を設ける。このようにして、基板２と調整部材５とのそれぞれの横長の長孔６ａと位置決め用孔８とに同一の段付ネジ７を挿通して、段付ネジ７をＣＣＤ１の雌ネジ部１ｂに螺着して各部を締結する構成とすることにより、実施形態１〜３の作用効果に加えて、より優れた放熱効果が期待できることから、さらに良好な画像信号を得ることが可能となる。

なお、前記調整部材５を、アルミニウムまたはアルミニウム合金とすることにより、通常の鋼板を用いる場合に比べて、より効率の良いＣＣＤ１の放熱効果が得られる。

図９は本発明に係る撮像ユニットを設置した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１０，図１１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、画像読取部である光学ユニット１０１は、図１０，図１１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ＣＣＤ１と結像レンズ３との関連構成をなす本発明による撮像ユニットの改良構造を採用したものである。

光学ユニット１０１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８にて説明した結像レンズ３（図９の１０９）とＣＣＤ１（図９の１１０）を具備する画像読取装置である光学系ユニット１０１において、既述したようにＣＣＤ１（１１０）の位置が結像レンズ３（１０９）に対して変位することが抑制されるため、両者の位置関係が維持される。これにより温度変動に起因する位置変動による画像劣化を抑えることができ、良好な画像信号が得られるため、常に良好な画像読取が行われ、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。

本発明の撮像ユニットの実施形態１における要部の分解斜視図 （ａ），（ｂ）は実施形態１における調整部材と基板との連結構造に関する説明図 実施形態１における段付ネジの螺合部分を示す断面図 本発明の撮像ユニットの実施形態２における要部の分解斜視図 実施形態２における基板の正面図 本発明の撮像ユニットの実施形態３における基板の正面図 本発明の撮像ユニットの実施形態４の分解斜視図 実施形態４の組付状態を示す平面図 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１０の画像読取装置の要部を示す斜視図 図１０，図１１のレンズユニットとＣＣＤユニットの構成を示す斜視図 図１２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 ＣＣＤ
１ａ ＣＣＤの有効画素領域における一方側端
１ｂ 雌ネジ部
２ 基板
３，１０９ 結像レンズ
４ レンズ保持部材
５，３０７ 調整部材
５ａ 雌ネジ部
６ 拡径孔
６ａ 横長の長孔
７ 段付ネジ
７ａ 拡径段部
７ｂ 雄ネジ部
８ 位置決め用孔
１０ 画像形成部
１０１ 光学系ユニット

Claims (7)

1. 読取対象からの反射光を撮像素子上に結像させるレンズと、該レンズを保持するレンズ保持部材と、前記反射光の光量を画像信号に変換する撮像素子と、該撮像素子を搭載する基板とを具備した撮像ユニットにおいて、
   前記レンズ保持部材を前記基板に調整部材を介して固定し、前記調整部材を前記基板に、該基板に設けた拡径孔を挿通させて段付ネジにより締結したことを特徴とする撮像ユニット。
2. 読取対象からの反射光を撮像素子上に結像させるレンズと、該レンズを保持するレンズ保持部材と、前記反射光の光量を画像信号に変換する撮像素子と、該撮像素子を搭載する基板とを具備した撮像ユニットにおいて、
   前記レンズ保持部材を前記基板に調整部材を介して固定し、前記撮像素子を前記調整部材に接触させ、前記撮像素子を前記基板に、該基板と前記調整部材とに設けた拡径孔を挿通させて段付ネジにより締結したことを特徴とする撮像ユニット。
3. 前記拡径孔を複数設け、該拡径孔の少なくとも一つを前記基板の長手方向に延在する横長孔としたことを特徴とする請求項１または２記載の撮像ユニット。
4. 前記位置決め用孔の前記基板の長手方向における設置位置を、前記撮像素子の有効画素領域の一端部の位置とほぼ一致させたことを特徴とする請求項３記載の撮像ユニット。
5. 前記調整部材をアルミニウムまた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または２記載の撮像ユニット。
6. 原稿を照明する光源と、原稿からの反射光を受けて画像信号を出力する撮像部を具備した画像読取装置において、前記撮像部として請求項１〜５いずれか１項記載の撮像ユニットを搭載したことを特徴とする画像読取装置。
7. 原稿から画像情報を読み取る画像読取部と、該画像読取部から画像信号を受けて記録媒体に画像を形成する画像形成部を具備した画像形成装置において、前記画像読取部として請求項６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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