JP3716907B2 - 読み取り装置及び該読み取り装置を備えた画像処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スキャナ・ファクシミリ・転写機・複写機などの画像処理装置に装備される走査形式で画像を読み取る読み取り装置に関し、より詳細には、対象画像面の読み取り手段を複数のキャリアに搭載し読み取り走査を行う方式において、キャリア間の相対速度の変動（振れ）が少なく安定な読み取りを可能とするキャリアの走査駆動を行う読み取り装置及び該読み取り装置を備えた画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イメージスキャナ装置に装備される読み取り装置は、原稿台上に原稿を載せ、そこに定置された原稿面を光学的に走査しながら、原稿面に表された図形や文字等の画像情報を読み取る。かかる装置では、光電読み取り手段を構成する要素の中のレンズ及びＣＣＤ読み取り回路を装置のフレームの側に固定して設置し、走査される原稿面の画像をレンズ及びＣＣＤ読み取り回路まで伝達するための光源（ランプ）及びミラー等の光学系を２つのキャリアに別けて搭載し、第一のキャリアを原稿面に沿って走査（スキャニング）速度で走査し、第二のキャリアをその半分の速度で移動させるようにした２キャリア方式のものが一般的である。なお、この第一、第二のキャリアの速度の関係は、原稿面からＣＣＤまでの距離（共役長）を一定とするための条件である（後記する図１の説明、参照）。
【０００３】
ところで、２キャリア方式のイメージスキャナ装置において、２つのキャリアを駆動するための手段として、従来、ワイヤを用いる場合とタイミングベルトを用いる場合がある。
図１０は、ワイヤ方式によるキャリア駆動手段の概略構成を示す。ワイヤ方式の駆動手段においては、図１０に示されるように、駆動ワイヤ４０は、駆動軸６に取り付けられている駆動プーリ４１に複数回巻き付けてから、左右に固定された従動プーリ４２、４２にかけ、さらに第２キャリア３のプーリ４３に各々の端部側を巻き付けた後、両端を固定する。このように這い巡らせたワイヤに、第１キャリア２を固定し、固定された第１キャリア２は、駆動軸６からの入力に従いワイヤ４０の線速で移動、走査する。また、第２キャリア３は、プーリ４３が動滑車の役割をするため、ワイヤ４０の線速の１／２で正確に移動する。このようにワイヤ方式の特徴は、噛み合いなどがないため、第１キャリア２の速度変動が少ないと共に、第２キャリア３の線速は正確に第１キャリアの線速の１／２となることから、原稿面からＣＣＤまでの距離（共役長）が一定となり、光学性能が変動しにくく読み取り画像精度を向上させることができる。
【０００４】
図２，３にタイミングベルト方式によるキャリア駆動手段が示される。タイミングベルト方式によるキャリア駆動手段においては、図２，３に示すように、第１キャリア２及び第２キャリア３は、それぞれ大小の異なるピッチ円のタイミングプーリからなる駆動プーリ８ａ，８ｂの大径プーリ、その１／２の径の小径プーリに掛け渡した第１及び第２タイミングベルト９（ａ，ｂ），１０（ａ，ｂ）に固定されている。このため各キャリア２，３は、タイミングベルト９，１０と駆動プーリ８ａ，８ｂに形成された歯の噛み合いにより、駆動プーリ８ａ，８ｂの異なるピッチ円のタイミングプーリのピッチ円の周速に等しい線速で従動するタイミングベルト９，１０に伴われ移動し、走査を行う（なお、この詳細については、後述する本発明の実施例に記載する）。この方式は、各々配置したタイミングベルト９，１０に第１及び第２キャリア２，３を固定するだけで良いため、装置の組立は非常に簡単になるという利点を持つ。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワイヤ方式の場合、上記のように、ワイヤの這い巡らせ方が複雑であるために、装置の組立作業が非常に困難になるという問題点が生じる。
また、タイミングベルト方式の場合、タイミングベルト９，１０と駆動プーリ（タイミングプーリ）８ａ，８ｂの伝動歯の噛み合いにより作動するため、第１キャリア２及び第２キャリア３に微少な速度変動が発生してしまう。つまり、読み取りにとって、第１キャリア２の速度変動は、副走査方向（キャリアの移動方向）の倍率偏差や画像のジターの原因になり、また、第１キャリア２に対する第２キャリア３の相対速度の変動は、共役長が変化するため、読み取り画像のＭＴＦや主走査方向の倍率偏差となって現れる。こうした速度変動が著しくなると、読み取り画像に劣化をもたらすことになる。
本発明は、２キャリア方式の読み取り装置における上述の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、困難な組み立て作業を要することなく、第１キャリアに対する第２キャリアの相対速度の変動を可及的に小さく抑え安定な読み取りが可能なキャリアの走査駆動を行う読み取り装置及び該読み取り装置を備えた画像処理装置（例えば、スキャナ、デジタル複写機、ファクシミリ等）を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、困難な組み立て作業を要しないキャリアの駆動手段としてタイミングベルト（伝達歯を持つベルト）方式を採用し、複数の異なるピッチ円を有した伝達歯を持つ駆動プーリと従動プーリの間に掛け渡した伝達歯を持つベルトからなる駆動機構を改良することにより従来の課題を解決するものであって、
請求項１の発明は、複数の異なるピッチ円を有した伝達歯を持つ駆動プーリと従動プーリの間に掛け渡したベルト各々に読み取り手段を搭載したキャリアを取り付け、前記駆動プーリのピッチ円により決まる所定の速度比で各キャリアを走査駆動する読み取り装置において、前記駆動プーリが持つ複数の異なるピッチ円を有した伝達歯各々の歯数を互いに等しくかつ歯の位相を互いに同位相に設けたことを特徴とする読み取り装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載された読み取り装置において、前記複数の異なるピッチ円を有した伝達歯を持つ駆動プーリを共通の駆動軸の両側にそれぞれ設け、各駆動プーリの同一ピッチ円を有した伝達歯を持つプーリと従動プーリの間に掛け渡した各ベルトにキャリアの一つを取り付けたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載された読み取り装置において、共通の駆動軸の両側に設けた前記駆動プーリが持つ伝達歯の位相を互いに同位相に設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載された読み取り装置を備えたことを特徴とする画像処理装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を添付する図面とともに示す以下の実施例に基づき説明する。
図１は、本発明の実施例に係わる画像読み取り装置の概略構成を示す図である。
図１において、２０は装置本体を示す。装置本体２０の上面には、読み取り原稿２１をセットするコンタクトガラス３９を設ける。定置された原稿２の画像面をコンタクトガラス３９の下面側から読取光学系Ａが露光走査する。
露光走査のために、装置本体２０内には、コンタクトガラス３９と平行に移動可能に第１のキャリア２と第２のキャリア３とを設ける。図１の（Ａ）は、両キャリアが読み取り開始位置にある状態を、また同（Ｂ）は読み取り終了位置にある状態を示す。第１のキャリア２には、読取光学系Ａのうちの光源３２と第１ミラ−３１とを搭載し、第２のキャリア３には、第１ミラ−３１の反射光を反射する第２ミラ−３３と、第２ミラ−３３の反射光を反射する第３ミラ−３４とを搭載する。第３ミラ−３４の反射光の光路上に、第３ミラ−３４からの反射光を収束して結像する光学結像レンズ３５と、その結像位置には、結像された原稿画像を読み取る、例えばＣＣＤよりなる光電変換素子３６を設ける。
【００１１】
次に、読取光学系Ａによる上記の露光走査を行うために両キャリアを移動させるキャリアの駆動機構について説明する。
図２、３は、本発明におけるキャリアの駆動機構を示す図で、図２は斜視図を、図３は、その平面図を示す。なお、図２，３において、理解を容易にするため、駆動部のみを示しキャリアの詳細とそこに搭載される光学系は省略している。キャリア駆動機構の構成をその動作と共に、主に図２，３を参照して説明する。 図２において示される第１キャリア２及び第２キャリア３は、図１に示した各キャリア２，３であり、それぞれ前述した第１ミラー３１と照明ランプ３２および第２ミラー３３と第３ミラー３４を搭載している。第１及び第２キャリア２，３は両端部がそれぞれ第１及び第２タイミングベルト９（ａ，ｂ），１０（ａ，ｂ）に固定手段２９（ａ，ｂ），３０（ａ，ｂ）によって固定されていて、第１及び第２タイミングベルト９，１０の周回速度は、それぞれ掛け渡され噛み合わされる駆動プーリ８ａ，８ｂのタイミングプーリのピッチ円の大きさの違いによって変わる。本例では第２キャリア３の線速は正確に第１キャリアの線速の１／２にする必要があるので、第２タイミングベルト１０が噛み合わうタイミングプーリのピッチ円の径を第１タイミングベルト９が噛み合うタイミングプーリの径の１／２となるように設定されている。つまり、一対の第１タイミングベルト９ａ，９ｂは、それぞれ駆動プーリ８ａ，８ｂの大径タイミングプーリ及び従動プーリ２３ａ，２３ｂ間に架け渡されており、一対の第２タイミングベルト１０ａ，１０ｂは、それぞれ駆動プーリ８ａ，８ｂの小径タイミングプーリおよび従動プーリ２４ａ，２４ｂ間に架け渡され、駆動プーリ８の大径タイミングプーリに対する小径タイミングプーリのピッチ円が２：１に設定されている。
【００１２】
キャリアを固定したタイミングベルトを動かすための駆動力の入力機構について、さらに図３を参照して説明する。タイミングベルト９，１０を駆動する駆動プーリ８ａ，８ｂは駆動軸６の両側に止着されており、駆動軸６はベアリング１６ａ，１６ｂを介して装置フレーム１の前後の曲げ部に支持されている。駆動軸６の後端には減速プーリ７が止着されており、減速プーリ７はそれに架けられた駆動タイミングベルト５を介してスキャナーモータ４の駆動力が伝達される。
読み取り時に、スキャナーモータ４の駆動力が駆動プーリ８ａ，８ｂの大径タイミングプーリ及び小径タイミングプーリにそれぞれ噛み合う第１タイミングベルト９ａ，９ｂ及び第２タイミングベルト１０ａ，１０ｂに伝達され、両タイミングベルトに止着された第１キャリア２及び第２キャリア３は、それぞれガイドレール１５ａ，１５ｂ上を２：１の移動速度比で摺動する。
【００１３】
キャリアの駆動機構として上記のような駆動プーリ８とタイミングベルト９，１０による伝達機構、即ちプーリ側とベルト側に設けた歯の噛み合いにより駆動力の伝達を行う機構、を用いる場合、スキャナーモータ４を定速で運転し、タイミングベルト９，１０を定速で移動させることを理想としているが、実際には、歯の噛み合いにより必ず微少な速度変動が発生してしまう。
図４に、従来採用した駆動プーリ８の構造を示す。図４において、それぞれ伝達歯を設けた大径タイミングプーリ８５、小径タイミングプーリ８６が示される。同図に示すように、大径プーリ８５と噛み合うタイミングベルト９のピッチは、小径プーリ８６と噛み合うタイミングベルト１０のピッチと等しい歯形の場合であり、具体的には大径プーリ８５の歯数が１６歯であり、小径プーリ８６の歯数が８である。このような駆動プーリ８を用いてタイミングベルト９，１０を駆動した場合、上記したような速度変動が第１キャリア２と第２キャリア３に生じる。
【００１４】
図５（Ａ）には、駆動時の第１キャリア２と第２キャリア３それぞれの速度変動を表す。図５（Ａ）に示すように、第１キャリア２の速度変動に対して、第２キャリア３の速度変動は、２倍の周期となる。
また、図５（Ｂ）には、駆動時の第１キャリア２に対する第２キャリア３の相対速度の変動、即ち第１キャリア２の１／２速度を基準とした時の第２キャリア３の速度変動を表す。図５（Ｂ）の速度変動が大きいと言うことは、図１の構成に従い光学系の走査を行う場合、原稿面からＣＣＤまでの距離（共役長）が一定とならなくなることを意味するので、読み取り画像のＭＴＦ劣化や主走査方向の倍率偏差となって現れることになる。
従来、このような歯の噛み合いにより生じる微少な速度変動による読み取り画像の劣化を問題にすることが少なかったが、近年、画質の向上が求められることから、第１キャリア２に対する第２キャリア３の図５（Ｂ）に示されるような相対速度の変動を抑制するための対策が求められている。
【００１５】
そこで、本発明では、第１キャリア２に対する第２キャリア３のかかる相対速度の変動を可及的に小さくするように歯形と位置の相対関係を検討した結果、駆動プーリ８の大径タイミングプーリと噛み合うタイミングベルトのピッチに対する小径タイミングプーリと噛み合うタイミングベルトのピッチを２：１とし、つまり駆動プーリ８においては、大径、小径各々のタイミングプーリの歯数を等しくし、且つ大径プーリに対する小径プーリにおける同時に噛み合う歯の位相を相互に同位相とすることが有効であり、この方法により課題を解決しようとするものである。
図８に、本発明の実施例の駆動プーリ８の構造を示す。図８において、それぞれ伝達歯を設けた大径タイミングプーリ８１、小径タイミングプーリ８２が示される。同図に示すように、大径プーリ８１と噛み合うタイミングベルト９のピッチは、小径プーリ８２と噛み合うタイミングベルト１０のピッチの２倍に等しい歯形の場合であり、具体的には大径プーリ８１と小径プーリ８２の歯数が同数の１６歯である。このような駆動プーリ８を用いてタイミングベルト９，１０を駆動した場合、速度変動が第１キャリア２と第２キャリア３にそれぞれ生じる。
【００１６】
図９（Ａ）には、駆動時の第１キャリア２と第２キャリア３それぞれの速度変動を表す。図９（Ａ）に示すように、第１キャリア２の速度変動に対して、第２キャリア３の速度変動は、周期及び位相が同じになる。
また、図９（Ｂ）には、駆動時の第１キャリア２に対する第２キャリア３の相対速度の変動、即ち第１キャリア２の１／２の速度を基準とした時の第２キャリア３の速度変動を表す。本例では、第１キャリア２と第２キャリア３の速度変動の周期及び位相が同じになるので、図９（Ｂ）に示される相対速度の変動は、上記従来方式（図５（Ｂ）参照）に比べ、小さくすることができる。なお、図９（Ｂ）における第１キャリア２の１／２の速度と第２キャリア３の速度変動の振幅を等しくするように、各キャリアの速度変動（図９（Ａ）に示す）を調整すれば、理論上相対速度を無くすことができることは言うまでもない。
このように駆動プーリ８を構成することにより、第１キャリアの１／２の速度に対する第２キャリアの相対速度変動を十分小さくすることができ、原稿面からＣＣＤまでの距離（共役長）が十分一定に近くなり、読み取り画像のＭＴＦ劣化や主走査方向の倍率偏差が防止され、画質向上が図られる。
【００１７】
しかしながら、図６に示すように、それぞれ伝達歯を設けた大径タイミングプーリ８１′、小径タイミングプーリ８２′の位相がずれている（この例では、半周期ずれている）場合に、駆動時の第１キャリア２と第２キャリア３それぞれの速度変動は、図７（Ａ）に例示する状態となる。この場合、第１キャリア２の１／２速度に対して、第２キャリア３の相対速度の変動は、図７（Ｂ）に示すような変動を示し、相対速度の変動を十分小さくすることができないので、原稿面からＣＣＤまでの距離（共役長）が一定でなく、読み取り画像のＭＴＦ劣化や主走査方向の倍率偏差が発生してしまう。従って、図８に示すように、大径タイミングプーリ８１と小径タイミングプーリ８２の位相を合わせることが必要条件になる。
【００１８】
また、上記した実施例の駆動機構、即ち大径、小径各々のタイミングプーリの歯数を等しくし、且つ大径プーリに対する小径プーリにおける同時に噛み合う歯の位相を相互に同位相とした機構を駆動軸６の両側に止着された一対の駆動プーリ８ａ，８ｂによる両側駆動方式に適用した場合の例について説明する。
図２，図３に示す実施例のように、駆動軸６の両側に止着された一対の駆動プーリ８ａ，８ｂそれぞれに第１及び第２の一対のタイミングベルト９（ａ，ｂ），１０（ａ，ｂ）を噛み合わせる両側駆動方式において、各側の大径タイミングプーリ８１と小径タイミングプーリ８２の位相合わせは、先の実施例に述べたとおりに実施されるが、２つの駆動プーリ間の位相が調整されないで相互に位相のずれがあると、レンズ３５の光軸に対する第１キャリア２及び第２キャリア３の直角性が走査位置ごとに変化（回転変位）し、画像揺らぎが生じることになってしまう。そのため、駆動プーリ８ａと８ｂの間についてもそれぞれに設けた伝達歯の位相を合わせて（同位相にして）駆動軸に取り付け、上記回転変位による画像揺らぎを防止するようにしている。
【００１９】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明に対応する効果
駆動プーリが持つ複数の異なるピッチ円を有した伝達歯各々の歯数を互いに等しくかつ歯の位相を互いに同位相に設けたので、この伝達歯を介して駆動プーリから入力された駆動力により移動する各タイミングベルト相互間の相対速度の変動を十分小さくすることができる。つまり、タイミングベルトそれぞれに固定された各キャリアに搭載された読み取り手段において読み取り誤差の原因となる原稿面からＣＣＤまでの距離（共役長）の変動を小さく、共役長をほぼ一定にすることが可能となるので、読み取り画像のＭＴＦ劣化や主走査方向の倍率偏差が防止され、読み取り画像における画質が従来に比べ向上する。
（２） 請求項２の発明に対応する効果
上記（１）の効果に加えて、駆動プーリを共通の駆動軸の両側にそれぞれ備え、各駆動プーリの同一ピッチ円を有した伝達歯を持つプーリと従動プーリの間に掛け渡した各ベルトにキャリアの一つを取り付けたことにより、読み取り面が大きく、キャリアが細長くなっても安定した駆動を行うことができる。
（３） 請求項３の発明に対応する効果
上記（１）、（２）の効果に加えて、共通の駆動軸の両側に備えた駆動プーリが持つ伝達歯の位相を互いに同位相に設けたことにより、各キャリアの直角性が走査位置ごとに変化（回転変位）するといったことが生じることが無く、画像揺らぎを防止することが可能になり、読み取り画像における画質をさらに向上させることができる。
（４） 請求項４の発明に対応する効果
請求項１〜３のいずれかに記載された読み取り装置を画像処理装置の構成要素として用いることにより、上記（１）〜（３）の効果をスキャナ、複写機、ファクシミリ等の画像処理装置において実現し、装置の高性能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係わる画像読み取り装置の概略構成とともに、読み取り開始位置にある状態（Ａ）、読み取り終了位置にある状態（Ｂ）を示す。
【図２】 本発明の実施例に係わるキャリアの駆動機構を斜視図にて示す。
【図３】 本発明の実施例に係わるキャリアの駆動機構を平面図にて示す。
【図４】 大径、小径タイミングプーリからなる従来の駆動プーリの構造を示す。
【図５】 図４の駆動プーリによる第１、第２キャリアの速度変動（Ａ）、及び第１キャリアの１／２の速度に対する第２キャリアの相対速度変動（Ｂ）を表す。
【図６】 大径、小径タイミングプーリが位相ずれ状態にある駆動プーリの構造を示す。
【図７】 図７の駆動プーリによる第１、第２キャリアの速度変動（Ａ）、及び第１キャリアの１／２の速度に対する第２キャリアの相対速度変動（Ｂ）を表す。
【図８】 大径、小径タイミングプーリからなる本発明の実施例の駆動プーリの構造を示す。
【図９】 図８の駆動プーリによる第１、第２キャリアの速度変動（Ａ）、及び第１キャリアの１／２の速度に対する第２キャリアの相対速度変動（Ｂ）を表す。
【図１０】 従来のワイヤ方式によるキャリア駆動手段の概略構成を示す。
【符号の説明】
２…第１キャリア、 ３…第２キャリア、
６…駆動軸、 ８，８ａ，８ｂ…駆動プーリ、
９ａ，９ｂ…第１タイミングベルト、
１０ａ，１０ｂ…第２タイミングベルト
１５ａ，１５ｂ…ガイドレール
８１，８１′，８５…大径タイミングプーリ、
８２，８２′，８６…小径タイミングプーリ。

Claims (4)

1. 複数の異なるピッチ円を有した伝達歯を持つ駆動プーリと従動プーリの間に掛け渡したベルト各々に読み取り手段を搭載したキャリアを取り付け、前記駆動プーリのピッチ円により決まる所定の速度比で各キャリアを走査駆動する読み取り装置において、前記駆動プーリが持つ複数の異なるピッチ円を有した伝達歯各々の歯数を互いに等しくかつ歯の位相を互いに同位相に設けたことを特徴とする読み取り装置。
2. 請求項１に記載された読み取り装置において、前記複数の異なるピッチ円を有した伝達歯を持つ駆動プーリを共通の駆動軸の両側にそれぞれ設け、各駆動プーリの同一ピッチ円を有した伝達歯を持つプーリと従動プーリの間に掛け渡した各ベルトにキャリアの一つを取り付けたことを特徴とする読み取り装置。
3. 請求項２に記載された読み取り装置において、共通の駆動軸の両側に設けた前記駆動プーリが持つ伝達歯の位相を互いに同位相に設けたことを特徴とする読み取り装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載された読み取り装置を備えたことを特徴とする画像処理装置。

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