JP2018019251A

JP2018019251A - 読取モジュール及びそれを備えた画像読取装置並びに画像形成装置

Info

Publication number: JP2018019251A
Application number: JP2016148099A
Authority: JP
Inventors: 隆明村瀬; Takaaki Murase
Original assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2036-07-28
Also published as: US10148842B2; US20180035002A1; JP6544313B2

Abstract

【課題】反射ミラーをアレイ状に並べたミラーアレイを用いて画像を読み取る方式において、センサーを構成するセンサーチップ間で画像劣化が発生せず、構成が簡単で安価な読取モジュール及びそれを備えた画像読取装置並びに画像形成装置を提供する。
【解決手段】読取モジュールは、原稿を照射する光源と、光源から原稿に照射された光の反射光を画像光として結像させる光学系と、光学系によって結像された画像光を電気信号に変換する複数のセンサーチップが主走査方向に隣接して配置されたセンサーと、を備える。光学系は、反射面が非球面である複数の反射ミラーが主走査方向にアレイ状に連結されたミラーアレイと、各反射ミラーと前記各センサーチップとの間にそれぞれ設けられ、各反射ミラーで反射された画像光の光量を調整する絞りと、を備える。反射ミラーの面数はセンサーチップの個数の整数倍である。
【選択図】図４

Description

本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナー等に用いられる、原稿に光を照射して反射された画像光を読み取る読取モジュール及びそれを備えた画像読取装置並びに画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた複合機等に搭載される画像読取装置の読取方式として、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）センサーと呼ばれる電荷結合素子を使用したＣＣＤ方式と、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）センサーと呼ばれる光電変換素子を使用したＣＩＳ方式がある。

ＣＣＤ方式は、原稿サイズの１／５〜１／９のサイズのイメージセンサーに対して、複数の平面ミラー及び光学レンズを用いて縮小像を結像させて画像を読み取る方式である。ＣＣＤ方式のメリットとしては、被写界深度が深いということが挙げられる。ここで、被写界深度とは、ピントが正確に合った位置から被写体(ここでは原稿)が光軸方向にずれたとしても、ピントが合っているように見える範囲のことである。つまり、被写界深度が深ければ規定の位置から原稿がずれたとしても、それほど遜色のない画像を読み込むことができることを意味する。

一方、ＣＣＤ方式のデメリットは、光路長（被写体からセンサーまで光が進む距離）が２００〜５００ｍｍと非常に長いことが挙げられる。画像読取装置では、この光路長をキャリッジの限られた空間内で確保するために、複数の平面ミラーを用いて光の進行方向を変化させている。このため、部品数が多くなりコストが高くなってしまう。また、光学系にレンズを用いている場合、波長による屈折率の差異によって色収差が発生する。この色収差を補正するために、複数枚のレンズが必要となる。この複数枚のレンズを用いることも、コストアップの要因となっている。

ＣＩＳ方式は、特許文献１に示されるように、正立等倍のロッドレンズを複数個アレイ状に並べ、原稿と同等のサイズのイメージセンサー上に結像させて読み取る方式である。ＣＩＳ方式のメリットとしては、ＣＣＤ方式と比較して光路長が１０ｍｍ〜２０ｍｍと比較的短く、小型であることが挙げられる。また、ロッドレンズのみを用いて結像させるためにＣＣＤ方式で必要なミラーが不要となり、ＣＩＳセンサーを搭載するスキャナーユニットを薄型化することができ、構造が簡単であるため低コストであるということが挙げられる。一方、ＣＩＳ方式は被写界深度が非常に小さいため、規定の位置から原稿が光軸方向にずれた時に、個々のレンズの倍率のズレによって像滲みによるボケの影響が大きく現れる。その結果、ブック原稿や凹凸のある原稿を均一に読み取れないというデメリットを有する。

近年、上記のＣＣＤ方式、ＣＩＳ方式とは異なり、特許文献２に開示されているように、結像光学系に反射ミラーアレイを用いて画像を読み取る方式が提案されている。この方式は、反射ミラーをアレイ状に並べ、対応した読取領域別に原稿をセンサー上に縮小倒立結像させている。しかし、ロッドレンズアレイを用いるＣＩＳ方式とは異なり、１つの光学系にて１つの領域を読み取り結像させる。また、結像方式にテレセントリック系を採用することによって、複数の領域別に原稿を読取る際に、倍率の異なる像の重なり合いによる像滲みの発生は無く、画像ボケを抑制し、複眼読取方式を成立させている。

さらに、この方式では光学系にミラーのみを用いているため、光学系にレンズを用いる場合とは異なり、色収差が発生することはない。よって色収差に関する補正は必要なく、光学系を構成するエレメント数を少なくすることができる。

特開２００３−１２１６０８号公報米国特許第８３４５３２５号明細書

特許文献２では、各読み取り領域の縮小倍率に対応したセルサイズのセンサーチップをベース基板上に離散的に配置している。これにより、迷光はセンサー間に到達するために画像には影響を与えない。しかし、特許文献２の方法では縮小倍率に応じてセンサーチップを離散的に配置したセンサーを作成する必要があるため、コストアップを招いてしまうという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、反射ミラーをアレイ状に並べたミラーアレイを用いて画像を読み取る方式において、センサーを構成するセンサーチップ間で画像劣化が発生せず、構成が簡単で安価な読取モジュール及びそれを備えた画像読取装置並びに画像形成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第１の構成は、光源と、光学系と、センサーと、を備えた読取モジュールである。光源は、原稿を照射する。光学系は、光源から原稿に照射された光の反射光を画像光として結像させる。センサーは、光学系によって結像された画像光を電気信号に変換する複数のセンサーチップが主走査方向に隣接して配置される。光学系は、反射面が非球面である複数の反射ミラーが主走査方向にアレイ状に連結されたミラーアレイと、各反射ミラーと前記各センサーチップとの間にそれぞれ設けられ、各反射ミラーで反射された画像光の光量を調整する絞りと、を備える。反射ミラーの面数はセンサーチップの個数の整数倍である。

本発明の第１の構成によれば、各センサーチップ間のギャップの位置を、各反射ミラー間の境界のいずれかに重ねることができるため、各センサーチップ間のギャップには画像光が入射しない。従って、各センサーチップ間のギャップにおいて画像データの欠落を発生させることなく画像の読み取りが可能となる。

本発明の読取モジュール５０を用いる画像読取部６を備えた画像形成装置１００の全体構成を示す側面断面図本発明の第１実施形態に係る読取モジュール５０の内部構造を示す側面断面図第１実施形態の読取モジュール５０の内部構造を示す斜視図第１実施形態の読取モジュール５０のミラーアレイ３５からセンサー４０までの構造を示す平面断面図本発明の第２実施形態に係る読取モジュール５０のミラーアレイ３５からセンサー４０までの構造を示す平面断面図

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、本発明の読取モジュール５０を用いる画像読取部６を備えた画像形成装置１００の概略構成図である。図１において、画像形成装置１００（ここでは一例としてデジタル複合機を示す）では、コピー動作を行う場合、後述する画像読取部６において原稿の画像データを読み取り画像信号に変換する。一方、複合機本体２内の画像形成部３において、図中の時計回り方向に回転する感光体ドラム５が帯電ユニット４により一様に帯電される。そして、露光ユニット（レーザー走査ユニット等）７からのレーザービームにより、感光体ドラム５上に画像読取部６で読み取られた原稿画像データに基づく静電潜像が形成される。形成された静電潜像に現像ユニット８により現像剤（以下、トナーという）が付着されてトナー像が形成される。この現像ユニット８へのトナーの供給はトナーコンテナ９から行われる。

上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム５に向けて、給紙機構１０から用紙が用紙搬送路１１及びレジストローラー対１２を経由して画像形成部３に搬送される。給紙機構１０は、給紙カセット１０ａ、１０ｂと、その上方に設けられるスタックバイパス（手差しトレイ）１０ｃと、を備える。搬送された用紙は、感光体ドラム５と転写ローラー１３（画像転写部）のニップ部を通過することにより感光体ドラム５の表面におけるトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された用紙は感光体ドラム５から分離され、定着ローラー対１４ａを有する定着部１４に搬送されてトナー像が定着される。定着部１４を通過した用紙は、用紙搬送路１５の分岐点に設けられた経路切換機構２１、２２によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、反転搬送路１６に送られて両面コピーされた後に）、第１排出トレイ１７ａ、第２排出トレイ１７ｂから成る用紙排出部に排出される。

トナー像の転写後に感光体ドラム５の表面に残存するトナーはクリーニング装置１８によって除去される。また、感光体ドラム５の表面の残留電荷は、感光体ドラム５の回転方向に対してクリーニング装置１８の下流側に設けられた除電装置（図示せず）によって除去される。

複合機本体２の上部には画像読取部６が配置されており、画像読取部６のコンタクトガラス２５（図２参照）上に載置される原稿を押さえて保持するプラテン（原稿押さえ）２４が開閉可能に設けられており、プラテン２４上には原稿搬送装置２７が付設されている。

更に、複合機本体２内には、画像形成部３、画像読取部６、原稿搬送装置２７等の動作を制御する制御部（ＣＰＵ）９０が配置されている。

図２及び図３は、画像読取部６に搭載される本発明の第１実施形態に係る読取モジュール５０の内部構造を示す側面断面図及び斜視図であり、図４は、第１実施形態の読取モジュール５０内のミラーアレイ３５とセンサー４０との間の構成を示す平面断面図である。なお、図２では、図３及び図４に示す遮光壁４１の記載を省略している。また、図２及び図３では第２絞り３９の記載を省略している。読取モジュール５０は、副走査方向（矢印ＡＡ′方向）に移動しながらコンタクトガラス２５上に載置された原稿画像を読み取る。また、読取モジュール５０は、コンタクトガラス２５の自動読取位置の直下に停止した状態で原稿搬送装置２７（図１参照）により搬送される原稿の表面側の画像を読み取る。

図２に示すように、読取モジュール５０の筐体３０内には、光源３１と、平面ミラー３３、反射面が非球面である複数の反射ミラーで構成されるミラーアレイ３５、第１絞り３７等の光学系と、読取手段としてのセンサー４０が備えられている。なお、センサー４０はセンサー基板（図示せず）に支持されている。また、読取モジュール５０は、白色基準データを取得するためのシェーディング板（図示せず）の直下をホームポジションとしている。

上記構成において、原稿固定方式で原稿画像を読み取る場合、先ず、原稿６０をコンタクトガラス２５上に画像面を下向きにして載置する。そして、光源３１からの光により原稿６０の画像面を照射しながら、読取モジュール５０をスキャナーホーム側からスキャナーリターン側へ所定の速度で移動させる。その結果、原稿６０の画像面で反射された光は画像光ｄ（図２の実線矢印で示す）となり、平面ミラー３３によって光路が変更された後、ミラーアレイ３５により集光され、第１絞り３７を通過してセンサー４０上に結像される。結像された画像光ｄはセンサー４０において画素分解され、各画素の濃度に応じた電気信号に変換されて画像の読み取りが行われる。

一方、シートスルー方式で原稿画像を読み取る場合は、読取モジュール５０をコンタクトガラス２５の画像読取領域（画像読取位置）の直下に移動させる。そして、原稿搬送装置２７によって画像読取領域に向けて軽く押圧されながら順次搬送される原稿６０の画像面を光源３１からの光で照射しながら、画像面で反射された画像光ｄを平面ミラー３３、ミラーアレイ３５、第１絞り３７を介してセンサー４０上に結像させて画像の読み取りが行われる。

図３及び図４に示すように、センサー４０は主走査方向（矢印ＢＢ′方向）に複数個のセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・が隣接して配置されている。また、センサー４０に画像光ｄを結像するミラーアレイ３５も、各センサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・に対応する反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・がアレイ状に連結した構成である。そして、主走査方向に分割された原稿６０の各領域で反射された画像光ｄが平面ミラー３３（図２参照）で反射された後、各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・により所定の縮小倍率で縮小され、第２絞り３９及び第１絞り３７を通過して対応するセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・に結像される。

本実施形態で用いるセンサー４０は、製造上の理由から一つのセンサーチップで構成されるものではなく、複数のセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・が主走査方向に隣接して配置されている。そのため、各センサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の境界には１画素程度のギャップ（隙間）が存在し、各センサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・間で画像データの欠落が発生する。画像データの欠落箇所は、隣接する画素の画像データに基づく画像処理によってデータ補完される。しかし、データ補完された部分は、データ補完されない他の部分と比較すると、画像としてはある程度劣化してしまう。

そこで、本実施形態では、ミラーアレイ３５を構成する反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の面数を、センサー４０を構成するセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の個数と同数（１倍）としている。この構成により、図４に示すように各反射ミラー３５ａ〜３５ｃの境界と各センサーチップ４０ａ〜４０ｃ間のギャップＧの位置とを合わせることができ、ギャップＧには画像光ｄが入射しない。従って、画像データの欠落を発生させることなく画像の読み取りが可能となる。

また、例えば反射ミラー３５ｂによって反射され、第２絞り３９、第１絞り３７を通過した画像光ｄが対応するセンサーチップ４０ｂに結像するとき、読み取り領域外の画像光ｄがセンサーチップ４０ｂの両側に隣接するセンサーチップ４０ａ、４０ｃに迷光となって入射するおそれがある。そこで、本実施形態では、各センサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の境界から第１絞り３７方向に突出する遮光壁４１を設けている。

これにより、例えばセンサーチップ４０ｂに結像する画像光ｄは、読み取り領域外の部分が遮光壁４１によって遮光されるため、センサーチップ４０ｂの両側に隣接するセンサーチップ４０ａ、４０ｃに迷光となって入射するのを防止することができる。また、図４に示すように、遮光壁４１はギャップＧを覆うように形成されるため、ギャップＧへの画像光ｄの入射をより確実に防止することができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る読取モジュール５０のミラーアレイ３５とセンサー４０との間の構成を示す平面断面図である。本実施形態では、ミラーアレイ３５を構成する反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の面数を、センサー４０を構成するセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の個数の２倍としている。即ち、各センサーチップ４０ａ〜４０ｃ１枚につき、それぞれ２個の反射ミラー３５ａと３５ｂ、３５ｃと３５ｄ、３５ｅと３５ｆからの反射光（結像光）が入射する。また、各センサーチップ４０ａ〜４０ｃ間のギャップＧを覆う位置と、各センサーチップ４０ａ〜４０ｃの幅方向中央とに遮光壁４１が設けられている。

この構成により、第１実施形態と同様に、各センサーチップ４０ａ〜４０ｃ間のギャップＧの位置が各反射ミラー３５ａ〜３５ｃの境界に対して一つ置きに重なるため、ギャップＧには画像光が入射しない。従って、画像データの欠落を発生させることなく画像の読み取りが可能となる。また、図５に示すように、遮光壁４１の一部はギャップＧを覆うように形成されるため、ギャップＧへの画像光の入射をより確実に防止することができる。

上述した第１、第２実施形態では、ミラーアレイ３５を構成する反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の面数を、センサー４０を構成するセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の個数の１倍または２倍としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の面数を、センサー４０を構成するセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の個数の３倍としてもよい。即ち、ミラーアレイ３５を構成する反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の面数が、センサー４０を構成するセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の個数の整数倍であれば、各センサーチップ４０ａ〜４０ｃ間のギャップＧの位置を、各反射ミラー３５ａ〜３５ｃの境界のいずれかに重ねることができる。

なお、第１実施形態のように反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の面数を、センサー４０を構成するセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の個数と同数（１倍）とすると、各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の主走査方向（矢印ＢＢ′方向）のミラー幅がセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の主走査方向の幅と等しくなる。その結果、原稿面からセンサー４０までの光路を長くする必要が生じ、画角も大きくなる。また、反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の結像パワーも必要となる。

一方、センサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の個数に対する反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の面数の倍率が３倍、４倍と大きくなるにつれて、各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の主走査方向（矢印ＢＢ′方向）のミラー幅が小さくなる。その結果、画角が小さくなって結像性能が得やすくなる反面、センサー４０に設ける遮光壁４１の数が多くなる。また、遮光壁４１を設置するために縮小倍率を上げる必要がある。

以上より、反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の結像性能をある程度得やすくするとともに、遮光壁４１の数を抑えるためには、反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の面数を、センサー４０を構成するセンサーチップ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・・の個数の２倍とする第２実施形態の構成が好ましい。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、画像読取装置として、画像形成装置１００に搭載される画像読取部６を例に挙げて説明したが、画像形成装置１００と別体で用いられるイメージスキャナーにも全く同様に適用することができる。

本発明は、反射ミラーをアレイ状に並べる読み取り方式の読取モジュールを備えた画像読取装置に利用可能である。本発明の利用により、センサーを構成するセンサーチップ間で画像劣化が発生せず、構成が簡単で安価な読取モジュール及びそれを備えた画像読取装置並びに画像形成装置を提供することができる。

６画像読取部（画像読取装置）
２５コンタクトガラス
２７原稿搬送装置
３０筐体
３１光源
３３平面ミラー
３５ミラーアレイ
３５ａ〜３５ｆ反射ミラー
３７第１絞り
３９第２絞り
４０センサー
４０ａ〜４０ｃセンサーチップ
４１遮光壁
５０読取モジュール
６０原稿
１００画像形成装置
Ｇギャップ

Claims

原稿を照射する光源と、
該光源から原稿に照射された光の反射光を画像光として結像させる光学系と、
該光学系によって結像された画像光を電気信号に変換する複数のセンサーチップが主走査方向に隣接して配置されたセンサーと、
を備え、
前記光学系は、
反射面が非球面である複数の反射ミラーが主走査方向にアレイ状に連結されたミラーアレイと、
前記各反射ミラーと前記各センサーチップとの間にそれぞれ設けられ、前記各反射ミラーで反射された画像光の光量を調整する絞りと、
を備え、
前記反射ミラーの面数が、前記センサーチップの個数の整数倍であることを特徴とする読取モジュール。
前記各センサーチップに入射する迷光を遮光する遮光壁が前記センサーから前記絞り方向に突出するように形成されており、
前記遮光壁の少なくとも一部は前記各センサーチップの境界を覆うように形成されることを特徴とする請求項１に記載の読取モジュール。
前記反射ミラーの面数が、前記センサーチップの個数の２倍であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の読取モジュール。
画像読取部の上面に固定されたコンタクトガラスと、
該コンタクトガラスに対して上方に開閉可能であり、原稿を前記コンタクトガラスの画像読取位置に搬送する原稿搬送装置と、
前記コンタクトガラスの下方に副走査方向に往復移動可能に配置される請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の前記読取モジュールと、
を備え、
前記読取モジュールは、前記コンタクトガラス上に載置される原稿の画像を副走査方向に移動しながら読み取り可能であり、且つ、前記画像読取位置に搬送される原稿の画像を前記画像読取位置に対向する位置に停止した状態で読み取り可能である画像読取装置。
請求項４に記載の画像読取装置が搭載された画像形成装置。