JP2010028790A - 文書読み取り装置およびそれを備えた画像記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＤＦによる大量原稿読み取りの際の光源による温度上昇を効率よく回避しつつ、高速読み取りに対応した文書読み取り装置を提供する。
【解決手段】原稿を搬送する自動原稿搬送装置と、光源と、原稿からの反射光を得るためのスリットガラスと、前記反射光を導く一つ以上の折り返しミラーと、前記反射光を結像させるレンズと、前記反射光を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記光源の背面に施された赤外線透過・可視光反射ミラーと、この赤外線透過・可視光反射ミラーから透過した赤外線を反射する赤外線反射・可視光透過ミラーと、この赤外線反射・可視光透過ミラーと前記赤外線反射・可視光透過コーティングが施されたスリットガラスとによって反射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、この赤外線吸収部材を冷却する冷却器を有する文書読み取り装置及びそれを備えた画像記録装置が提供される。
【選択図】図２

Description

本発明は画像記録装置の文書読み取り装置に関し、特に、文書読み取り装置の光学系に関する。

従来の文書読み取り装置では、原稿に光を照射し、その反射光をＣＣＤ等の固体撮像素子に導いて原稿画像を電気的に読み取っている。又、従来の文書読み取り装置においては、複数の原稿を連続して読み取る際には、自動原稿搬送装置（Ａｕｔｏ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ；以下、ＡＤＦという）を使用している。

ＡＤＦは、給紙トレイに置いた複数の原稿を自動的に１枚ずつ取り出し、複数の搬送ローラを使ってスリットガラス部と呼ばれる原稿読み出し位置に搬送し、最終的に排紙トレイに排出する装置である。ＡＤＦは、給紙トレイに置かれた複数の原稿が無くなるまで、上記の１枚取り出し〜搬送〜排出を繰り返す。

一方、搬送された原稿は、スリットガラス部の上を移動する。文書読み取り装置は、原稿に光を照射する光源、原稿から反射した散乱光を導く複数の折り返しミラー、散乱光を集光するレンズ、散乱光を電気的に読み取る固体撮像素子から構成される光学系を有している。ＡＤＦを使用した場合、文書読み取り装置は、この光学系により、原稿を静止させることなく搬送した状態で画像を読み取る。

ところで、文書読み取り装置の読み取りの生産性向上のためには、読み取り速度を早くする必要がある。しかしながら、読み取り速度を速くすると、固体撮像素子の単位時間当たりの受光量が低下し、読み取る画像の画質劣化に繋がる。これを解決する方法として、固体撮像素子の単位時間当たりの受光量が低下しないように原稿照射光を増加すること、つまり、照射光量を増やす方法が上げられる。

しかしながら、照射光量を増やすと、機体内の温度上昇が引き起こされる。特にＡＤＦによる大量原稿読み取りの間は、光源ユニットがスリットガラス部の真下に停止し続ける（以下、静止露光という）ため、スリットガラス及びその近傍が高温になるという欠点がある。

このような光源による温度上昇の不具合を改善するものとして、原稿読み取りの際、光源付近の温度を検出し予め設定した温度以上になると原稿の送付を止め、冷却後、再び作動するという提案がなされている。（特許文献１参照）
また、光源による温度上昇を改善するものとして、スリットガラス方向への赤外線の放射を減少させために光源背面に設けられる反射鏡にコールドミラーを用い、また冷却手段として露光走査時の光源ユニットの往復運動と連動して作動する小型冷却ファンを設けることで昇温を防ぐという提案がなされている。（特許文献２参照）

特開平０８−２６２５９０号公報 特開２００１−７９９８号公報

しかしながら、特許文献１の提案では、冷却中は原稿の送付を止めている為、読み取りの生産性がどうしても低下してしまうという問題がある。また、特許文献２の提案では、冷却ファンは、光源ユニットが走査しないと作動しないため、ＡＤＦを使用した場合、つまり光源ユニットが静止露光した場合には対応できないという問題がある。

本発明は、かかる従来の問題点を改善した光学系を備えた文書読み取り装置を提供するものである。

本発明の１実施例による文書読み取り装置は、原稿を搬送する自動原稿搬送装置と、この原稿を照射する光源と、この光源の照射光による原稿からの反射光を得るための光源側の面に赤外線反射・可視光透過コーティングが施されたスリットガラスと、このスリットガラスを介して前記反射光を導く一つ以上の折り返しミラーと、これらのミラーに導かれた前記反射光を結像させるレンズと、このレンズにより結像された前記反射光を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記光源の背面に施された赤外線透過・可視光反射ミラーと、この赤外線透過・可視光反射ミラーから透過した赤外線を反射する赤外線反射・可視光透過ミラーと、この赤外線反射・可視光透過ミラーと前記赤外線反射・可視光透過コーティングが施されたスリットガラスとによって反射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、この赤外線吸収部材を冷却する冷却器を有することを特徴とする。

また、本発明の他の実施例による文書読み取り装置は、原稿を搬送する自動原稿搬送装置と、この原稿を照射する光源と、この光源の前面に配置した赤外線反射・可視光透過ミラーと、前記光源の側面に配置した光源密閉部材と、前記光源の背面に配置した赤外線透過・可視光反射ミラーと、この赤外線透過・可視光反射ミラーによって透過された赤外線と前記赤外線反射・可視光透過ミラーによって反射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、この赤外線吸収部材を冷却する冷却器と、前記光源の照射光による原稿からの反射光を得るためのスリットガラスと、このスリットガラスを介して前記反射光を導く一つ以上の折り返しミラーと、これらのミラーに導かれた前記反射光を結像させるレンズと、このレンズにより結像された前記反射光を電気信号に変換する固体撮像素子を有することを特徴とする。

このような構成により、光源に起因した機体内の温度上昇及びスリットガラスの温度上昇を効率よく回避しつつ、高速読み取りに対応したキセノンランプ光源の光量増加を実現することが出来る。

本発明の実施例である文書読み取り装置の全体構成を示す概略図。 図1における第１の実施例の光学系の具体的な構成を示す概略図。 図2における冷却器としてのヒートポンプを示す概略図。 図2における冷却器としてのヒートパイプを示す概略図。 図4における冷却器の部分断面の概略図。 図2における冷却器としての水冷装置を示す概略図。 図1における第２の実施例の光学系の具体的な構成を示す概略図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

先ず、本実施例に用いられるＡＤＦの概略構成について図1を用いて説明する。

このＡＤＦは、給紙トレイ1と、給紙トレイ1から原稿Pを送り込むピックアップローラ2と、送り込まれた原稿Pを搬送する複数の搬送ローラ3と、原稿Pの姿勢を制御するレジストローラ4と、原稿Pがスリットガラス11を通過した後、排出トレイ6に搬送するための排出ローラ5と、排出トレイ6で構成される。

このような構成のＡＤＦにおいて、原稿Pは、給紙トレイ1に積載される。図示しないコントロールパネルのスタートボタンが押されると、ピックアップローラ2が下降し、原稿Pの最上部を１枚だけ搬送ローラ3aに送り込む。１枚目の原稿は、レジストローラ4で姿勢を制御されたのち、搬送ローラ3b、搬送ローラ3cによって原稿読み取り位置のスリットガラス11上に運ばれる。スリットガラス11上では、原稿Pは静止することなく、搬送した状態で画像を読み取られる。原稿はそのまま、搬送ローラ3d、搬送ローラ3eを経て、排出ローラ5により排紙トレイ6に排紙される。上記の動作は、給紙トレイ1に積載された原稿Pが無くなるまで繰り返される。なお、その他の部分は原稿の両面読み取りに関する構造なので、説明を割愛する。

一方、キセノンランプ光源12の光は、スリットガラス11上を移動する原稿Pを照射し、その原稿からの反射光Ｌ（原稿上での散乱光）は、複数の折り返しミラー13により、レンズ14で結像され固体撮像素子15により電気信号に変換される。

次に、上記実施例における光学系についてさらに具体的に説明する。

図2に示すように、この光学系は、キセノンランプ光源12と、キセノンランプ光源12の照射光による原稿からの反射光Ｌを得るためのスリットガラス11と、このスリットガラス11を介して原稿からの反射光Ｌを導く第一乃至第三折り返しミラー13a、13b、13cと、第三折り返しミラー13cに導かれた反射光Ｌを結像させるレンズ14と、このレンズ14により結像された反射光Ｌを電気信号に変換する固体撮像素子15と、赤外線吸収部材21と、赤外線吸収部材21を冷却する冷却器22を備えている。

上述のスリットガラス11は、スリットガラス保持部23に保持されている。スリットガラス11のキセノンランプ光源12側の面に赤外線反射・可視光透過コーティング24が施されている。また、キセノンランプ光源12の背面にコールドミラー25が施されている。さらに、キセノンランプ光源12の背面側には、キセノンランプ光源12から発した赤外線26を反射し、赤外線吸収部材21に導くようにダイクロックミラー27が配置されている。また、赤外線吸収部材21を強制冷却するための冷却器22は、赤外線吸収部材21の背面に接するように配置されている。

上述の赤外線反射・可視光透過コーティング24を施されたスリットガラス11には、例えば、独立行政法人産業技術研究所で開発された日射熱反射ガラス等を利用することができる。これは、同研究所エレクトロニクス研究部門機能性酸化物グループの外岡和彦主任研究員、菊池直人研究員が開発した可視光を透過させ熱線（赤外線）を反射するガラスである。

このガラスは、日射による採光を確保しつつ熱作用の強い近赤外線を効果的に反射できるので、ビル、家屋、車両などの窓ガラスとして利用することにより省エネに寄与することが期待される。スパッタリング法などを用いてガラス基板上に酸化チタンと酸化ケイ素を主原料とする積層構造を形成し、各層の厚さをナノメートルオーダーに制御することにより波長選択性の高い熱線反射を実現した。開発した日射熱反射ガラスは可視光透過率８２％（実測値）で、日射中の熱線エネルギーに対する反射率はおよそ５０％と概算された。（産業技術研究所；プレスリリース）
上述のコールドミラーとは、赤外線を透過し可視光を反射する光学薄膜をつけた鏡である。白板ガラスに屈折率の異なる誘電体物質を、交互に多層コーティングした赤外域用の波長選択ミラーであり、可視光（４００〜７００ｎｍ）を９０％以上反射し、近赤外光を８０％以上透過する。反射された光は熱線を含まない。また、誘電体多層膜コートの為、膜による光の吸収はほとんどない。このコールドミラーをキセノンランプ光源の背面に加工することにより、キセノンランプ光源の背面側の赤外線は透過する。一方、可視光は反射され、可視光のみを前面に照射することができる。このように反射された光は赤外線を含まないので、スリットガラスの高温化を防ぐことができる。また、コールドミラーによって反射した可視光は、前面に照射されることになり、前面に照射する光量のみが増加し、高速読み取りに対応した光量を確保できる。

上述のダイクロックミラーとは、特殊な光学素材を用いて作成された鏡の一種で、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するものである。その中で近紫外線から近赤外線領域を対象とするものが存在する。このミラーにおいては、誘電体の多層膜などの薄膜を鏡面に形成し特定の波長を反射、それ以外の波長を透過させることによって上述の特性を得る。このダイクロックミラーは、光学フィルターと異なり吸収を利用していないため耐久性に優れる特徴を持っている。この反射する特定の波長を赤外線領域に設定したミラーを活用することにより、先のコールドミラーによって透過した赤外線を特定の場所に反射させることができる。

上述の赤外線吸収部材21は、赤外線を吸収するためもので、黒色メッキを施した板金や、熱線吸収ガラス等を利用できる。熱線吸収ガラスは、板ガラス組成の中に微量の鉄・ニッケル・コバルトなどの金属成分を加えて着色されたガラスであり、金属成分によって効率的に赤外線を吸収することができる。この赤外線吸収部材21によってダイクロックミラー27と赤外線反射・可視光透過コーティング24によって反射した赤外線を吸収することができる。

上述の冷却器22は、赤外線の吸収によって発熱した赤外線吸収部材21を強制冷却するためのもので、例えば、ヒートポンプ、ヒートパイプ、水冷装置、冷却ジェル等が利用できる。

図３にヒートポンプの具体例を示す。赤外線吸収部材21の背面にヒートポンプのパイプ221が接触状態で這わせてある。このパイプは冷媒の通り道であり、圧縮された冷媒が下側のパイプを通じて送られる（矢印a）。そして、赤外線吸収部材21と接触することにより熱を吸収し、圧縮冷媒は蒸気状態となり上側のパイプを通じて図示しない冷媒圧縮装置に移動する（矢印b）。この圧縮装置では蒸気状態になった冷媒を再び圧縮して液体状態にした後、下側のパイプを通じて赤外線吸収部材21に供給される。このようにして赤外線吸収部材21の熱を強制冷却することができる。

上述のようにヒートポンプは、液体（これを冷媒と呼ぶ）の蒸発による吸熱と蒸発した冷媒の凝固による放熱の仕組みを利用した冷却器である。大気中の熱を圧縮機（コンプレッサ）を利用して効率よくくみあげ、移動させることにより冷却や加熱を行うシステムである。本実施例では、冷媒を循環させ赤外線吸収部材21と接触させたパイプ内で冷却現象、赤外線吸収部材21に接触していないパイプ内で加熱現象を起こさせることで、赤外線吸収部材21の熱を強制冷却した。

図4にヒートパイプの具体例を示す。赤外線吸収部材21の背面にヒートパイプ222のパイプが接触状態で這わせてある。このパイプは赤外線吸収部材21に接触する部分のみ断面がＤ形状になっており、その他は円形形状である。

ヒートパイプの概略構成について図5を用いて詳しく説明する。ヒートパイプは高速で熱を伝えるものである。管51の内側に多孔性物質であるウィック52（金網または布）が貼り付けてある。また、管51内部には水等の作動液が入っている。蒸発部53を加熱すると作動液は蒸発し（矢印54）、熱（矢印55）を奪って凝縮部56へ流れる（太矢印）。凝縮部56では冷却によって蒸気は凝縮し（矢印57）、熱を放出する（矢印58）。このようにして熱は蒸発部53から凝縮部56へ伝わる。凝縮部56で凝縮した水はウィック52の毛細管現象によって凝縮部56から蒸発部53へ戻る。なお、作動液が蒸発しやすいようにパイプ内は真空密封してある。また、凝縮部56を図示しないファンで冷却することにより加熱現象を効率よく起こすことができる。本実施例では、赤外線吸収部材21に接触させたパイプ内で冷却現象、赤外線吸収部材21に接触していないパイプ内で加熱現象を起こさせることで、赤外線吸収部材21の熱を強制冷却した。

図6に水冷装置の具体例を示す。赤外線吸収部材21の背面に水冷装置の金属管223が這わせてある。この金属管223は赤外線吸収部材21に接触する部分のみがＤ形状になっており、その他は円形形状である。金属管223にはビニールホース224が連結されている。この冷却装置を循環する冷却水はビニールホース224の先にある図示しないラジエターに入り、ここで冷却される。この水冷装置によって赤外線吸収部材21の熱を強制冷却することができる。

水冷装置の仕組みは、クルマなどに搭載されているラジエターの原理と同じである。その仕組みは、赤外線吸収部材の熱を水の入った金属管が吸収し、その水がケースの外側に設置されるラジエターで冷やされて循環する構造である。ラジエターは、冷却効果を高めるため、細い通路に沢山の冷却水を通して表面積を多くして冷やしている。本実施例では、赤外線吸収部材21に接触させた金属管223で冷却現象、ラジエターにより冷却水の冷却をすることで、赤外線吸収部材21の熱を強制冷却した。

次に、上述のような文書読み取り装置における光学系の動作について図2を用いて説明する。

先ず、前述したとおり原稿ＰはＡＤＦにより、スリットガラス11上に移動する。キセノンランプ光源12の前面の照射光は、スリットガラス11上を移動する原稿を照射する。この際、キセノンランプ光源12からスリットガラス11に照射された照射光の内、赤外線26（破線）は、スリットガラス11にコーティングされた赤外線反射・可視光透過コーティング24によって反射される。反射された赤外線26は、赤外線吸収部材21により吸収される。吸収した赤外線26により発熱した赤外線吸収部材21は冷却器22によって強制冷却される。

キセノンランプ光源12の背面側には、キセノンランプ光源12の背面にコールドミラー25が加工されているため、赤外線26のみを透過し、可視光を反射させる。反射された可視光はスリットガラス11に照射されるため、スリットガラス11に対する光量は増大する。ここでコールドミラー25を介して透過した赤外線26は、ダイクロックミラー27により反射され、赤外線吸収部材21により吸収される。吸収された赤外線26は上述と同様に冷却手段22により強制冷却される。

他方、原稿からの反射光Ｌは、折り返しミラー13a、13b、13cを介してレンズ14で結像され固体撮像素子15により電気信号に変換される。

このようにキセノンランプ光源12から放射される赤外線を赤外線反射・可視光透過コーティング24、ダイクロックミラー27によって赤外線吸収部材21に集め、冷却手段22によって冷却することにより光源12からの赤外線26に起因する機体内及びスリットガラスの温度上昇を効率良く回避できる。さらに、コールドミラー25によって光源12の背面の可視光が反射し、前面に照射されるため高速読み取りに対応したキセノンランプ光源の光量増加を実現することが出来る。

図7は、本発明の第二の実施例の光学系の概略図を示している。この光学系は、キセノンランプ光源12と、キセノンランプ光源12の照射光による原稿からの反射光Ｌを得るためのスリットガラス保持部23に保持されたスリットガラス11と、このスリットガラス11を介して原稿の反射光Ｌを導く第一乃至第三折り返しミラー13a、13b、13cと、第三折り返しミラー13cに導かれた原稿からの反射光Ｌを結像させるレンズ14と、このレンズ14により結像された原稿からの反射光Ｌを電気信号に変換する固体撮像素子15を備えている。

また、キセノンランプ光源12は、前面にダイクロックミラー27と、側面に光源密閉壁31と、背面にコールドミラー25を配置し、熱的に密閉された状態である。赤外線吸収部材21は、コールドミラー25の背面に接するように配置されている。また、赤外線吸収部材21を強制冷却するための冷却器22は、赤外線吸収部材21の背面に接するように配置されている。

光源密閉壁31は熱を伝えにくいセラミックスを利用した。セラミックスは所謂、瀬戸物であり多数の気泡を持つことで熱を伝えにくい構造になっている。なお、セラミックスのみの構造では破損しやすいので、板金に耐熱セラミックスのコーティングした構造材を活用することも考えられる。なお、ダイクロックミラー、コールドミラー、冷却器については先に説明したので割愛する。

上述のような文書読み取り装置における光学系の動作について図7を用いて説明する。

先ず、前述したとおり原稿ＰはＡＤＦにより、スリットガラス11上に移動する。キセノンランプ光源12の前面の照射光は、スリットガラス11上を移動する原稿を照射する。この際、キセノンランプ光源12から発する照射光の内、前面のダイクロックミラー27により赤外線は反射され、可視光のみが透過し、スリットガラス11に至る。ここで反射された赤外線は、背面のコールドミラー25を透過し赤外線吸収部材21に吸収される。吸収した赤外線により発熱した赤外線吸収部材21は冷却器22によって強制冷却される。

キセノンランプ光源12の背面側では、キセノンランプ光源12から発する照射光は、コールドミラー25により赤外線のみを透過し、可視光を反射させる。反射した可視光は前面に配置するダイクロックミラーを透過し、スリットガラス11に照射されるため、スリットガラス11に対する光量は増大する。ここでコールドミラー25を透過した赤外線は、上述と同様に赤外線吸収部材21に吸収され、吸収した赤外線により発熱した赤外線吸収部材21は冷却器22によって強制冷却される。

他方、原稿からの反射光Ｌは、折り返しミラー13a、13b、13cによりレンズ14で結像され、固体撮像素子15により電気信号に変換される。

この様な構成を取ることにより、キセノンランプ光源12に起因した機体内の温度上昇及びスリットガラスの温度上昇を効率よく回避しつつ、高速読み取りに対応したキセノンランプ光源の光量増加を実現することが出来る。

１１…スリットガラス
１２…キセノンランプ
１３…折り返しミラー
１４…レンズ
１５…固体撮像素子
２１…赤外線吸収部材
２２…冷却器
２３…スリットガラス保持部
２４…赤外線反射・可視光透過コーティング
２５…コールドミラー
２６…赤外線
２７…ダイクロックミラー
３１…光源密閉壁
Ｌ…可視光

Claims (11)

1. 原稿を搬送する原稿搬送装置と、
   この原稿を照射する光源と、
   この光源の照射光による原稿からの反射光を得るための光源側の面に赤外線反射・可視光透過コーティングを施されたスリットガラスと、
   このスリットガラスを介して前記反射光を導く一つ以上の折り返しミラーと、
   これらのミラーに導かれた前記反射光を結像させるレンズと、
   このレンズにより結像された前記反射光を電気信号に変換する固体撮像素子と、
   前記光源の背面に施された赤外線透過・可視光反射ミラーと、
   この赤外線透過・可視光反射ミラーから透過した赤外線を反射する赤外線反射・可視光透過ミラーと、
   この赤外線反射・可視光透過ミラーと前記赤外線反射・可視光透過コーティングを施されたスリットガラスとによって反射された赤外線を吸収する赤外線吸収部材と、
   この赤外線吸収部材を冷却する冷却器と
   を有することを特徴とする文書読み取り装置。
2. 前記赤外線反射・可視光透過コーティングを施されたスリットガラスは、日射熱反射ガラスである請求項１に記載の文書読み取り装置。
3. 原稿を搬送する原稿搬送装置と、
   この原稿を照射する光源と、
   この光源の前面に配置した赤外線反射・可視光透過ミラーと、
   前記光源の背面に配置した赤外線透過・可視光反射ミラーと、
   前記光源の側面に配置した光源密閉部材と、
   前記赤外線反射・可視光透過ミラーによって反射された赤外線と前記赤外線透過・可視光反射ミラーによって透過された赤外線とを吸収する赤外線吸収部材と、
   この赤外線吸収部材を冷却する冷却器と、
   前記光源の照射光による原稿からの反射光を得るためのスリットガラスと、
   このスリットガラスを介して前記反射光を導く一つ以上の折り返しミラーと、
   これらのミラーに導かれた前記反射光を結像させるレンズと、
   このレンズにより結像された前記反射光を電気信号に変換する固体撮像素子と
   を有することを特徴とする文書読み取り装置。
4. 前記原稿搬送装置は、
   給紙トレイと、
   この給紙トレイから原稿を送り込むピックアップローラと、
   送り込まれた前記原稿を搬送する複数の搬送ローラと、
   前記原稿の姿勢を制御するレジストローラと、
   前記原稿がスリットガラスを通過した後に排出トレイに搬送するための排出ローラと、
   排出トレイと
   で構成される自働原稿搬送装置であることを特徴とする請求項２又は３に記載の文書読み取り装置。
5. 前記赤外線反射・可視光透過ミラーは、ダイクロックミラーである請求項４に記載の文書読み取り装置。
6. 前記赤外線透過・可視光反射ミラーは、コールドミラーである請求項５に記載の文書読み取り装置。
7. 前記赤外線吸収部材は、熱線吸収ガラスである請求項６に記載の文書読み取り装置。
8. 前記冷却器は、ヒートポンプである請求項７に記載の文書読み取り装置。
9. 前記冷却器は、ヒートパイプである請求項７に記載の文書読み取り装置。
10. 前記冷却器は、水冷装置である請求項７に記載の文書読み取り装置。
11. 請求項７に記載の文書読み取り装置を備えたことを特徴とする画像記録装置。

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