JP4500565B2

JP4500565B2 - 画像読取装置

Info

Publication number: JP4500565B2
Application number: JP2004069169A
Authority: JP
Inventors: 隆之菅
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: JP2005258047A; US7242539B2; US20050200980A1

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、イメージスキャナ等の画像読取装置に関する。

従来、複写機、ファクシミリ、イメージスキャナ等の画像読取装置は、一般に、露光ランプや折り返しミラーからなる走査光学系にて原稿面を走査する際に得られる反射光を、複数枚のレンズを鏡筒にて保持したレンズユニットを介して光電変換素子上に結像させ、電気信号に変換するようになっている。

近年の読み取り画像の高画質化および読み取り動作の高速化に伴い、露光ランプの光量を増加させたり、光電変換素子の駆動速度を上げたりする必要に迫られ、これらが発する熱による画像読み取り装置内の温度上昇が激しくなってきている。

原稿面とレンズユニットおよびレンズユニットと光電変換素子の相対位置関係は、画像読み取り装置を組み立てる際に所定の光学性能を満足するように調整されているが、装置内の温度が上昇すると、レンズを保持する鏡筒や、レンズユニット・光電変換素子を保持する保持部材の熱膨張により相対位置関係が変化し、光学性能が劣化するという問題がある。

このような問題を、常温におけるレンズユニットの焦点距離が常温より高い温度における焦点距離よりも長く（または短く）なるように設定しておき、レンズ鏡筒の線膨張係数がレンズユニットおよび光電変換素子を保持する基準部材の線膨張係数よりも大きく（または小さく）しておく方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−０４９９５７号公報

しかしながら、温度上昇による焦点距離の変化に合わせてレンズ鏡筒と基準部材の線膨張係数を組み合わせるような方法では、焦点距離の変化量が部材の熱膨張で吸収しきれない場合には光学性能が劣化してしまい、また、強度やコストなどの温度上昇以外の要因から部材の材質が制限されてしまうこともあり、温度上昇による光学性能の劣化を吸収できないような組み合わせになることもあるという問題があった。

本発明は、上述した点を鑑みてなされたもので、装置内の温度上昇による画像読取のための光電変換素子面での結像の光学性能の劣化を、簡易な構成にて防止することを目的とする。

本発明は、上述した点に鑑みなされたものであり、以下の構成を有する。
（１）原稿からの光を結像させる結像手段を内部に配した鏡筒と、前記結像手段で結像した像を読取る光電変換手段と、前記鏡筒及び前記光電変換手段を支持する支持部材とを有する画像読取装置において、前記支持部材は前記鏡筒を前記結像手段の光軸と垂直な方向から支持し、前記鏡筒の前記光軸方向の端面に接し、前記支持部材に固定され、前記端面の前記光軸方向への移動を規制する規制部材を有し、前記鏡筒の材料よりも、前記支持部材と前記規制部材とは、剛性が高く、前記結像手段は複数のレンズで構成され、前記複数のレンズの内で集光させるパワーの最も大きいレンズに近い側の前記端面に前記規制部材が接することを特徴とする画像読取装置。

請求項１記載の発明によれば、結合手段の鏡筒の端面に規制部材を配置したので、温度上昇により鏡筒が膨張しても、鏡筒端面の位置の移動を規制することができ、結像の光学特性の悪化を防ぐことができる。

請求項２記載の発明によれば、結合手段の鏡筒をしっかり支持することができる。

請求項３記載の発明によれば、押圧手段により妨げられることなく、規制部材による位置規制を十分に行なうことができる。

請求項４記載の発明によれば、結合手段の鏡筒の両端面に規制部材を配置したので、鏡筒の光軸方向への移動を確実に規制することができる。

請求項５記載の発明によれば、１つだけの規制部材で構成することができ、結合手段の鏡筒に必要以上の力を与えないで、結像の光学特性の悪化を防ぐことができる。

請求項６記載の発明によれば、結像手段の鏡筒の膨張量をほとんど考慮にいれないで実装することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（第１の実施例）
図１および図３を用いて本発明を用いた画像読取装置の第一の実施例について説明する。

図１にはレンズユニットおよびＣＣＤ基板ユニットを有する結像ユニットを示す。図１において、１０１は原稿から導かれた光を結像するレンズユニットで、複数枚のレンズとそれを保持する樹脂製の鏡筒とからなる。１０２は結像された光を光電変換するＣＣＤを有するＣＣＤ基板ユニット。１０３はレンズユニットおよびＣＣＤ基板ユニット１０２を保持するベースフレームで、画像読取装置の本体に固定されている。ベースフレーム１０３はレンズユニット１０１を光軸方向に移動可能に、かつ光軸と垂直方向には移動しないように保持するための案内部を有し、この案内部は、レンズユニット１０１の直径より小さい幅と、レンズユニット１０１の光軸方向の長さより長い大きさの穴がベースフレーム１０３に形成されている（図示せず）。１０４はレンズユニット１０１をベースフレーム１０３の案内部に弾性で押し付けることによりレンズユニット１０１をベースフレーム１０３に固定するレンズ固定部材。１０５はレンズ固定部材１０４を保持するレンズ固定部材取り付けブラケット。１０６および１０７は画像読取装置内の温度上昇によるレンズユニット１０１の光軸方向への伸びを規制する伸び規制板である。ベースフレーム１０３と、ＣＣＤ基板ユニット１０２をベースフレーム１０３に固定するための部材と、伸び規制板１０６および１０７とは、レンズユニット１０１の鏡筒の材料である樹脂よりも剛性の高く、熱膨張率の小さい鉄のような金属からなる。各部材の寸法の例として、レンズユニット１０１の鏡筒長を４０ｍｍ、レンズユニット鏡筒の結像側端面とＣＣＤ基板ユニットの結像面との距離を５０ｍｍとして以下説明する。

伸び規制板１０６と１０７はレンズユニット１０１の光軸方向の前後に設けられ、鏡筒の前後の端面にそれぞれ上下４箇所で接するように構成されており、ベースフレーム１０３に固定されている。

図３には画像読取装置全体の構成を示す。画像読取装置本体３０１は、原稿台ガラス３０２、光源３０４、第１ミラー３０５、第２ミラー３０６、第３ミラー３０７、結像レンズユニット３０８、ＣＣＤ基板ユニット３０９を有し、第１ミラーは第１走査台３１０に、第２と第３ミラーは第２走査台３１１にそれぞれ保持されている。第１走査台３１０および第２走査台３１１は走査台駆動モータ（不図示）の働きにより移動し、原稿台ガラス３０２に載置された原稿３１２を光源３０４で照明しながら光学的に走査し、原稿３１２の画像をレンズユニット３０８でＣＣＤ基板ユニット３０９のセンサに結像させて読み取ることが可能となっている。図３において破線で囲まれた部分が図１に示した結像ユニットである。

このような構成で、レンズユニット１０１およびＣＣＤ基板ユニット１０２の位置関係を所定の光学性能を満足するように調整し、それぞれをベースフレーム１０３に固定する。その後伸び規制板１０６と１０７をそれぞれレンズユニット１０１の前後の端面に突き当てるように組み付ける。

画像読取装置を動作させると、ＣＣＤ基板ユニットや図示しないランプユニット・画像処理基板ユニットなどからの発熱により装置内部の温度が上昇し、それぞれの部材が熱膨張しようとする。レンズユニットを構成する鏡筒は樹脂製のため線膨張係数が大きく（樹脂の流れ方向で２０μｍ／ｍ・Ｋ、直角方向で６０μｍ／ｍ・Ｋ程度）、熱膨張量が大きいため、レンズユニット内でレンズの位置が大きく変化し得る。レンズの位置が変化すると焦点位置が変化することによって所望の光学性能が得られなくなるので読み取った画像が劣化してしまう。画像読取装置を連続的に使用すると、結像ユニット近傍の温度は初期状態より２５度程度上昇するが、これにより樹脂製の鏡筒が熱膨張すると、レンズユニットが有する所望の光学性能を得られる範囲（焦点深度）の１００μｍに対して、６０〜８０μｍの焦点位置ずれを引き起こし、ＣＣＤの結像面が焦点深度外になってしまう恐れがある。しかし、樹脂製の鏡筒に比べて剛性の高い伸び規制板１０６と１０７が鏡筒の膨張を規制し、ベースフレーム１０３に対してのレンズの位置が変化するのを防ぐので、光学性能の変化を防ぐことができる。

ところで、ベースフレーム１０３とＣＣＤ基板ユニットをベースフレームに固定するための部材も熱膨張する。これらは鉄のような金属からなるので、その線膨張係数は１２．０μｍ／ｍ・Ｋ程度である。画像読取装置の連続使用によって結像ユニット近傍の温度が２５℃上昇すると、レンズユニット１０１の規制板１０７とＣＣＤ基板ユニット１０２のとの距離は５０ｍｍであるから、熱膨張量は
１２．０×（５０×１０＾−３）×２５＝１５［μｍ］
程度となり、この分だけレンズユニット１０１の規制板１０７とＣＣＤユニットの間の距離が増すことになる。しかし、レンズユニットが有する焦点深度は１００μｍ程度であるから、焦点深度に比べて熱膨張量は十分小さく、レンズユニット１０１の熱膨張による光学性能劣化に比べて光学性能に与える影響が小さいので無視できる。また、レンズユニット１０１の鏡筒の光軸方向の長さが４０ｍｍでは、樹脂の線膨張係数を６０μｍ／ｍ・Ｋと大きめに見積もって、規制板１０６と１０７が無い場合には２５℃の温度上昇でレンズユニット１０１の鏡筒は６０μｍ伸びるが、本実施例では光軸方向に剛性の高い規制板１０６と１０７とベースフレーム１０３の構成により規制されて、規制板１０６と１０７の間の距離４０ｍｍのベースフレーム１０３の膨張量である１２μｍの伸びに留まる。このため、レンズユニット１０１の鏡筒内のレンズ位置の移動量は、この１２μｍ以内に収まる。上記のレンズユニット１０１とＣＣＤ基板ユニット１０２との間の距離の熱膨張量１５μｍと、レンズユニット内のレンズの移動量１２μｍとを単に加算したとしても２７μｍで、焦点深度である１００μｍ内に十分収めることができる。

本実施例では伸び規制板は鏡筒端面に上下４ヵ所で接するような構成について述べたが、鏡筒の伸びを規制する方法としてはこのような構成に限られたものではなく、たとえば下側だけ、上側だけで規制するような構成や、端面全体に面で接するような構成でも熱膨張による光学性能の劣化を抑える効果を同様に得ることができる。

（第２の実施例）
図２を用いて本発明を用いた画像読取装置の結像ユニットの第二の実施例について説明する。

図２において、２０１は原稿から導かれた光を結像するレンズユニットで、複数枚のレンズとそれを保持する樹脂製の鏡筒とからなる。２０２は結像された光を光電変換するＣＣＤを有するＣＣＤ基板ユニット。２０３はレンズユニットおよびＣＣＤ基板ユニットを保持するベースフレームで、レンズユニット２０１を光軸方向に移動可能にかつ光軸と垂直方向には移動しないように保持するための案内部を有する。２０４はレンズユニット２０１をベースフレーム２０３に押し付けつつ光軸方向への移動を規制するレンズ固定部材。２０５はレンズ固定部材２０４を保持するレンズ固定部材取り付けブラケット。２０６は画像読取装置内の温度上昇によるレンズユニット２０１の光軸の入射側方向への伸びを規制する伸び規制板である。ベースフレーム２０３や、ＣＣＤ基板ユニット２０２をベースフレーム２０３に固定するための部材は鉄のような金属からなる。伸び規制板２０６はレンズユニット２０１の入射側のみに設けられ、鏡筒の入射側の端面に下側の２ヵ所で接するように構成されていて、ベースフレーム２０３に固定されている。各部材の寸法は、第１の実施例と同じである。

このような構成で、レンズユニット２０１およびＣＣＤ基板ユニット２０２の位置関係を所定の光学性能を満足するように調整し、それぞれをレンズ固定部材２０４、レンズ固定部材取り付けブラケット２０５等でベースフレームに固定する。その後伸び規制板２０６をレンズユニット２０１の入射側端面に突き当てるように組み付けて、ベースフレーム２０３に固定する。

画像読取装置を動作させると、ＣＣＤ基板ユニットや図示しないランプユニット・画像処理基板ユニットなどからの発熱により装置内部の温度が上昇し、それぞれの部材が熱膨張しようとする。レンズユニットの断面図を図４に示す。レンズユニットは図に示すように複数のレンズ（本実施例では２つの貼り合わせレンズを含む４群６枚）が鏡筒内部で所定の位置に配置されることにより光学的な性能を発揮するようになっており、レンズユニットを構成する鏡筒が熱膨張すると、レンズが所定の位置から移動する。なお、レンズユニットの一方の端面にしか規制板を配置していないので、温度上昇により鏡筒が熱膨張しても、鏡筒の光軸方向の熱膨張を妨げるような不要な力をあたえることが無い。

レンズユニットを構成するレンズの中で、入射する光を集光させるパワー（入射する光束を屈折させる力）が最も強いレンズが、レンズの位置変化による光学性能の劣化に最も影響を及ぼす。図４に示すような、絞りを挟んで略対称形にレンズを配するようなレンズユニットの場合、鏡筒４０５の中にレンズ４０１から４０４と絞り４０６を配置し、最も入射側の開口に近いレンズに最も強いパワーを与えるのが一般的である。よって図４中のレンズ４０１の位置変化が光学性能の劣化にもっとも影響を及ぼすため、入射側の開口部端面に伸び規制板２０６を突き当てて、レンズ４０１の位置変化を抑えることにより、簡易な構成で、鏡筒の熱膨張による光学性能の劣化を抑える最も高い効果を得ることができる。

レンズユニット２０１の鏡筒の光軸方向の長さが４０ｍｍで、レンズユニット２０１とＣＣＤ基板ユニット２０２との距離が５０ｍｍであるので、規制板２０６とＣＣＤ基板ユニット２０２の距離は約９０ｍｍある。ベースフレーム２０３は鉄のような金属からなるので、その線膨張係数は１２．０μｍ／ｍ・Ｋ程度である。画像読取装置の連続使用によって結像ユニット近傍の温度が２５℃程度上昇すると、レンズユニット２０１の規制板２０６とＣＣＤ基板ユニット２０２のとの距離は９０ｍｍであり、この部分のベースフレーム２０３の熱膨張量は２７μｍとなる。つまり、レンズユニット２０１のレンズの内で最もパワーの大きいレンズ４０１の２５℃の温度上昇による光軸方向への移動距離が２７μｍ程度となる。この熱膨張量は、レンズの焦点深度１００μｍに比べて十分小さく、光学性能に与える影響が小さいので無視できる。また、図４から明らかなように、レンズユニット２０１の鏡筒の入射側端面と、レンズ４０１との距離も、数ｍｍなので無視できる。

本実施例では伸び規制板は鏡筒端面に下側の２ヵ所で接するような構成について述べたが、鏡筒の伸びを規制する方法としてはこのような構成に限られたものではなく、たとえば上側だけの２ヵ所で規制するような構成や、上下４ヶ所で規制するような構成、また、端面全体に面で接するような構成でも熱膨張による光学性能の劣化を抑える効果を同様に得ることができる。また、パワーの最も大きなレンズがレンズユニットの結像側にある場合には、規制板をレンズユニットの鏡筒の像側に配置する。

本発明を適用した画像読取装置の第一の実施の形態を示す概略構成を示す図である。本発明を適用した画像読取装置の第二の実施の形態を示す概略構成を示す図である。本発明を適用した画像読取装置の全体構成を示す断面図である。本発明を適用した画像読取装置の結像手段の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０１、２０１、３０８レンズユニット
１０２、２０２、３０９ＣＣＤ基板ユニット
１０３、２０３ベースフレーム
１０６、１０７、２０６伸び規制板

Claims

原稿からの光を結像させる結像手段を内部に配した鏡筒と、前記結像手段で結像した像を読取る光電変換手段と、前記鏡筒及び前記光電変換手段を支持する支持部材とを有する画像読取装置において、
前記支持部材は前記鏡筒を前記結像手段の光軸と垂直な方向から支持し、
前記鏡筒の前記光軸方向の端面に接し、前記支持部材に固定され、前記端面の前記光軸方向への移動を規制する規制部材を有し、
前記鏡筒の材料よりも、前記支持部材と前記規制部材とは、剛性が高く、
前記結像手段は複数のレンズで構成され、前記複数のレンズの内で集光させるパワーの最も大きいレンズに近い側の前記端面に前記規制部材が接することを特徴とする画像読取装置。
前記鏡筒を前記支持部材に押圧する押圧手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
前記規制部材を前記鏡筒の前記光軸方向の両端面に配置することを特徴とする請求項１または２に記載の画像読取装置。
前記パワーの最も大きいレンズを前記結像手段への前記原稿からの光の入射側に近く配置し、前記規制部材を前記鏡筒の前記入射側端面と接するように配置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置。
前記規制部材は、前記鏡筒の端面と、少なくとも２点で接することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像読取装置。
前記規制部材は、前記鏡筒の端面の上下の少なくとも２点で接することを特徴とする請求項５のいずれかに記載の画像読取装置。