JP4511608B2 - 原稿読取装置 - Google Patents

Description

この発明は、原稿台に載置される原稿の画像面の画像を読み取る原稿読取装置に関する。

複合プリンタなどに原稿読取装置が具備される（例えば、特許文献１参照。）。原稿読取装置には、等倍光学系のイメージセンサであるＣＩＳ（Contact mage Sensor）により正立等倍像を取得するものや、縮小光学系のイメージセンサにより縮小像を取得するものがある。
特開平０７−１９３６８９号公報

等倍光学系では被写界深度が浅いため、イメージセンサから画像面までの距離（以下、撮像距離と称する。）を略一定に保ちながら画像を読み取らなければ、高画質な画像を得ることができない。例えば、原稿台ガラスから浮き上がる綴じ代部を備える製本原稿などでは、綴じ代部の画像面が被写界深度から外れ易く、ピンぼけや歪みが生じた低画質な画像しか取得することができない。この問題は等倍光学系に限らず、程度の差はあれ縮小光学系でも生じる。

そこで本発明は、原稿の画像面と原稿台との間隔が不均一な場合でも、高画質な画像を読み取れる原稿読取装置を提供することを目的とする。

この発明の原稿読取装置は、イメージセンサと回転手段と副走査手段と距離情報取得手段と副走査制御手段とを備え、原稿台に載置される原稿の画像面から画像を読み取る。画像面は原稿の原稿台に対向する面である。イメージセンサは、主走査方向を中心にして回転自在で、且つ、副走査方向に沿って移動自在に配置され、受光面を備える。主走査方向と副走査方向とは、原稿台に対して平行な面に含まれる。副走査方向は、主走査方向に対して垂直である。イメージセンサの受光面は、主走査方向に対して垂直な方向を向く。回転手段は、イメージセンサを回転させる。副走査手段は、イメージセンサを移動させる。距離情報取得手段は距離情報を副走査方向に沿って移動しながら取得する。距離情報は、画像面と原稿台との間の距離に関する。副走査制御手段は、その距離情報に基づき画像面と原稿台との間の距離の変化に応じて回転手段を制御しながら副走査手段を制御し、イメージセンサの受光面の向く方向での画像面とイメージセンサとの間の距離をイメージセンサの被写界深度の範囲内に制御する。
副走査制御手段は、次のような制御を行う。
画像情報を取得しようとする画像面の領域について、その前に画像情報を取得した画像面の領域よりも、画像面と原稿台との間の距離が増加するのであれば、撮像する方向を原稿台の法線方向に近づける。これにより、撮像する方向でのイメージセンサから原稿台までの距離が短くなり、原稿台から離れた画像面を被写界深度に収めやすくなる。また、距離が減少するのであれば、撮像する方向を原稿台の法線方向から遠ざける。これにより、撮像する方向でのイメージセンサから原稿台までの距離が長くなり、原稿台に近づいた画像面を被写界深度に収めやすくなる。

イメージセンサが回転することにより、イメージセンサから、その受光面が向く方向の画像面までの距離が変化する。このため、イメージセンサの回転角度を適切に設定することで、仮に原稿台から浮き上がった画像面に対しても撮像距離を被写界深度の範囲内に収めた状態で画像情報を取得できる。このことにより、例えば、原稿の綴じ代部をスキャンする場合であっても、原稿の画像面が被写界深度から外れることが抑え、ピンぼけのない画像を読み取ることができる。

副走査制御手段は、イメージセンサを副走査方向に沿って、選択的に前進または後退させれば好適である。例えば、イメージセンサを回転させても、対象とする画像面が被写界深度に収まらない場合には、イメージセンサを副走査軸に沿って後退させてから、画像情報を取得するとよい。

距離情報取得手段は、イメージセンサが画像情報を取得しながら副走査方向に沿って移動するのに並行する構成でもよい。例えば同一の駆動系により、距離情報取得手段とイメージセンサとを同期駆動して移動させれば、駆動系の構成が簡易になる。また、距離情報の取得に並行して画像情報の取得を行うことで、距離情報の取得に係るプロセスタイムを短縮化できる。

距離情報取得手段は、イメージセンサが画像情報を取得しながら副走査方向に沿って移動するのに先行して、すなわち画像情報の取得に先立って、予め距離情報を取得してもよい。

この発明によれば、原稿台から部分的に浮き上がる部位のある原稿に対して、撮像距離を被写界深度の範囲内に制御して画像面の画像を読み取れる。このため、高画質で歪みの少ない画像が得られる。

以下、この発明に係る原稿読取装置の実施形態を説明する。ここでは、プリンタ機能やコピー機能、ＦＡＸ機能を備える複合機に対して、原稿読取装置を組み込んだ構成を説明に用いる。

図１は、複写機１００の斜視図である。

複写機１００は、原稿読取装置１および画像形成装置２を備えている。複写機１００は、原稿読取装置１で読み取った原稿の画像データに基づいて画像形成装置２で画像形成処理を実行する。

原稿読取装置１は、原稿読取ユニット１０と原稿カバーユニット３０とヒンジ２０とを備えている。原稿カバーユニット３０はヒンジ２０により原稿読取ユニット１０の上方で回動自在に支持されている。原稿カバーユニット３０は、原稿搬送装置３１と原稿トレイ３２と原稿マット３３とを備えている。シート状の原稿を連続して読み取る場合、原稿カバーユニット３０を図示する状態から回転させて原稿読取ユニット１０上を閉塞した状態で、原稿トレイ３２上に原稿が積載される。そして、原稿搬送装置３１は原稿トレイ３２に積載された原稿を原稿読取ユニット１０上に一枚ずつ自動搬送する。

また、ブック物、製本済の原稿等のように原稿搬送装置３１によって自動搬送が実行できない種類の原稿を読み取る場合には、原稿カバーユニット３０はヒンジ２０を回動支点として上方に回動される。そして、図示する原稿読取ユニット１０の上面が開放された状態で、原稿読取ユニット１０の上面に原稿が直接セットされる。この状態で原稿カバーユニット３０が下方に回動され、原稿カバーユニット３０の下面に設けられた原稿マット３３が、原稿読取ユニット１０上にセットされた原稿を押さえる。

原稿読取ユニット１０は原稿台１１と光学ユニット（不図示）とを備えている。原稿台１１は、原稿読取ユニット１０の上面に水平に設けられたガラスである。光学ユニットは、原稿読取ユニット１０の筐体内部に設けられていて、原稿台１１上に載置される原稿の画像を、図中に示す矢印方向を副走査方向として読み取る。

図２は、原稿読取ユニット１０の内部構成の一例を説明する概念図である。

原稿読取ユニット１０は、原稿台１１下に光学ユニット１２と制御部１７とモータＭ１，Ｍ２とを備えている。

制御部１７は、光学ユニット１２から入力される信号に基づいて、モータＭ１，Ｍ２を制御する。この制御部１７は本発明の副走査制御手段に相当する。

モータＭ１は、光学ユニット１２を、原稿台１１と平行な副走査軸１５に沿って移動させる。この移動に関する機構としてはどのような構成を採用してもよいが、例えば、光学ユニット１４を図示しない無端ベルトに取り付けた状態で、無端ベルトを張架する図示しないローラをモータＭ１に回転させ、光学ユニット１４を移動させるような構成を採用できる。ここでは、モータＭ１はステッピングモータであり、モータＭ１が本発明の副走査手段に相当する。なお、以下の説明では、図中右側から図中左側の副走査軸１５に沿った方向を副走査方向と称する。

光学ユニット１２はＣＩＳ１３と測距センサ１４とを備える。

測距センサ１４は、副走査軸１５上の、ＣＩＳ１３から副走査方向に所定の間隔で先行する位置に、主面が鉛直上方向を向くように配置されている。ここでは測距センサ１４としてＰＳＤ（光位置センサ）を用いている。この測距センサ１４は、移動のたびに鉛直上方向での原稿台１１上に存在する物体までの距離を測定し、測定距離に応じた測距信号を制御部１７に出力する。ここでは、測距センサ１４をＣＩＳ１３よりも先行する位置に配しておき、ＣＩＳ１３により画像情報を取得するよりも直前に、測距センサ１４により測距距離を検出する。制御部１７は、測距センサ１４から入力される測距距離をメモリ上に測距した位置に対応づけてマッピングしておく。この測距センサ１４は本発明の距離情報取得手段に相当する。

ＣＩＳ１３は、図中に矢印で示す受光面の向く方向からの光を受光し、受光面に対向する画像面から画像を読み取る。ＣＩＳ１３は、図面に垂直な方向である主走査方向を長手方向とする部材であり、主走査方向での原稿台１１の両端間に対向するように延設され、原稿５０の画像面についての主走査方向のライン画像を一度に読み取る。ＣＩＳ１３はライン画像を読み取りながら副走査軸１５に沿って移動し、所定の解像度、例えばＡ３サイズの原稿に対しては解像度６００ｄｐｉで、原稿５０の画像面の画像情報を取得し、制御部１７に出力する。ＣＩＳ１３は、本発明のイメージセンサに相当する。

ブック物、製本済の原稿では中央部に綴じ代部の浮きがあるため、この部分に対しての、測距センサ１４による測定距離は、綴じ代部を除く部分に対する測距距離よりも長くなる。そこで、制御部１７は、メモリにマッピングされた測距距離を読み出して、撮像距離がＣＩＳ１３の被写界深度の範囲内になるように、モータＭ２の回転量を制御する。

これにより、モータＭ２の回転に連動してＣＩＳ１３が回転軸１６を中心に回転し、ＣＩＳ１３の受光面から原稿５０の画像面までの撮像距離の変動が抑制される。具体的には、綴じ代部の直下ではＣＩＳ１３の撮像する方向が鉛直上方向に近づくように制御部１７がモータＭ２を制御する。

モータＭ２は、原稿台１１と平行で副走査軸１５と直行する回転軸１６を中心としてＣＩＳ１３を回転させる。ここでは、モータＭ２はステッピングモータであり、モータＭ２が本発明の回転手段に相当する。回転軸１６に平行な方向が本発明の主走査方向に相当する。

このように、光学ユニット１２を副走査方向に移動させながら、測距センサ１４による測距とＣＩＳ１３による画像の読み取りとを並行して行う場合、光学ユニット１２を一度だけ副走査方向に移動させれば、距離情報と画像情報とを取得でき、画像情報の取得に係るプロセスタイムを短縮化できる。

なお、他にも、画像面を読み取りながら光学ユニット１２を副走査方向に移動させるスキャン動作に先立って、測距センサ１４による測距を行いながら光学ユニット１２を副走査方向に移動させるプレスキャン動作を行うようにしてもよい。このようにすれば、プロセスタイムは長くなるが、ＣＩＳ１３と測距センサ１４との配置に制限が無くなり、光学ユニット１２を小型化できる。他にも、測距センサ１４の駆動系を、ＣＩＳ１３の駆動系とは別に設けて、それぞれを独立して移動させるようにしてもよい。

図３は、ＣＩＳ１３の構成を説明する図であり、同図（Ａ）は回転軸に垂直な断面でＣＩＳ１３を分断した状態での斜視図、同図（Ｂ）は断面図である。

ＣＩＳ１３は、基板１３１と筐体１３２とセルフォックレンズ１３３と受光素子１３４と発光部１３５とを備える。筐体１３２はモータＭ２の回転軸に固定して取り付けられている。基板３０は筐体１３２の底面に取り付けられている。発光部はＬＥＤアレイであり、発光して画像面を照射する。セルフォックレンズ１３３および受光素子１３４はそれぞれ、主走査方向に複数配列されている。各セルフォックレンズ１３３は、対向する画像面の領域からの正立等倍像を受光素子１３４に結像する。各受光素子１３４は、ここではＣＭＯＳイメージセンサで構成されていて、入射光量に応じた信号を出力する。

このＣＩＳ１３は、セルフォックレンズ１３３と受光素子１３４とを主走査方向に配列しているため、セルフォックレンズ１３３に対向する線状の領域についてのライン画像の画像情報を一度に取得する。このため、ＣＩＳ１３を副走査方向に移動させることで画像面を走査できる。ここでは、等倍光学系のＣＩＳ１３を採用しているため、従来の一般的な構成であるＣＣＤイメージセンサと折り返しミラーを用いる縮小光学系の構成よりも、駆動系が簡略で調整が殆ど必要なく、又、縮小光学系による歪みのない画像が得られる。

図４はＣＩＳ１３の傾斜姿勢と撮像距離との関係を説明する概念図である。
ＣＩＳ１３は、基本的に副走査方向および鉛直方向に対して傾斜する姿勢を維持し、ＣＩＳ１３から原稿の画像面までの撮像距離が、被写界深度の範囲内に収まるように制御部１７から傾斜姿勢が制御される。ここで、ＣＩＳ１３の傾斜角度と撮像距離との関係を説明する。以下の説明では、ＣＩＳ１３が鉛直上方向から副走査方向側に傾斜する角度を傾斜角度θとし、傾斜角度θでのＣＩＳ１３の受光面から原稿の画像面までの距離を撮像距離Ｌａとし、測距センサ１４から画像面までの距離を測距距離Ｌｄと称する。この場合、傾斜角度θは以下の関係を有する。

θ＝ｃｏｓ^−１（Ｌｄ／Ｌａ）
したがって、測距センサ１４の測定結果である測距距離Ｌｄに基づいて、撮像距離Ｌａを被写界深度の範囲内に制御する傾斜角度θを容易に取得することができる。

図５は、ＣＩＳ１３の動作例を示す概念図である。

同図（Ａ）は、原稿台１１の上面に一致する原稿５０の画像面からライン画像の画像情報を取得する状態を示す。この場合、測距距離Ｌｄが所定の値となるため、ＣＩＳ１３は傾斜角度θが０°から９０°までの範囲内となる所定の傾斜姿勢をとり、ＣＩＳ１３の被写界深度内に画像面が収まるようにして、受光面に対向するライン画像の画像情報を取得する。原稿５０の画像面が原稿台１１の上面に一致して、測距距離Ｌｄが一定の間は、ＣＩＳ１３はこの傾斜角度を維持したまま副走査方向に移動しながら、各ライン画像の画像情報を取得する。

同図（Ｂ）は、原稿台１１から原稿５０の画像面が浮き上がり、測距距離Ｌｄが増加する状態を示す。この場合、ＣＩＳ１３は、同図（Ａ）での状態よりも傾斜角度θを０°に近づけた傾斜姿勢をとり、ＣＩＳ１３の被写界深度内にこの画像面が収まるようにして、受光面に対向するライン画像の画像情報を取得する。測距距離Ｌｄが増加する間は、ＣＩＳ１３は傾斜角度θが次第に減少するように回転しつつ副走査方向に移動しながら、各ライン画像の画像情報を取得する。そして、同図（Ｃ）に示すように、原稿台１１の上面から最も離れた原稿５０の画像面からライン画像の画像情報を取得する場合には、ＣＩＳ１３は、傾斜角度θを最も０°に近づけた傾斜姿勢をとることになる。

同図（Ｄ）は、測距距離Ｌｄが減少する状態を示す。この場合、ＣＩＳ１３は、同図（Ｃ）での状態よりも傾斜角度θを大きくして、ＣＩＳ１３に対向する原稿５０の画像面のラインについての画像情報を取得する。その際、測距距離Ｌｄが急峻に減少することにより、撮像距離Ｌａを維持することが難しくなることがある、その場合、同図（Ｃ）での状態よりもＣＩＳ１３を副走査方向の後方側に移動させてから画像情報を取得する。

次に、制御部１７によるＣＩＳ１３の制御について説明する。

なお、測距センサ１４による測距情報の取得についての詳細な説明は省くが、測距センサ１４は移動する度に測距し、位置に対応づけて測距情報をメモリにマッピングさせる。

図６は制御部の制御フローの一例を説明する図である。

制御部１７は、当初、ＣＩＳ１３を初期位置にて初期傾斜角度で配置している。

この状態で、制御部１７は、測距センサ１４が初期位置よりも所定距離前方で測定した測距距離Ｌｄをメモリから読み出す（Ｓ１）。

読み出した測距距離Ｌｄが、前回に測定した測距距離や、初期位置に対応づけられた所定値よりも増加していれば、制御部１７は、原稿５０の画像面が原稿台１１から浮き上がっていると判断する（Ｓ２）。

原稿５０の画像面が原稿台１１から浮き上がっていると判断すれば、制御部１７は、傾斜角度θを低減させる量を算出し、モータＭ２に制御信号を出力する（Ｓ３）。

一方、読み出した測距距離Ｌｄが、前回に測定した測距距離よりも減少していれば、制御部１７は、原稿台１１から浮き上がっていた原稿５０の画像面が、原稿台１１に近づいたと判断する（Ｓ４）。

原稿５０の画像面が原稿台１１に近づいたと判断すれば、制御部１７は、傾斜角度θを増大させる量を算出し、モータＭ２に制御信号を出力する（Ｓ５）。

原稿５０の画像面と原稿台１１との距離が変化していなければ、制御部１７は、前回の傾斜角度θを維持する（Ｓ６）。

そして、制御部１７はその位置とその傾斜姿勢での、ＣＩＳ１３の受光面から原稿５０の画像面までの撮像距離Ｌａを算出する（Ｓ７）。

算出した撮像距離ＬａがＣＩＳ１３の被写界深度の範囲内であるかを判定し（Ｓ８）、範囲外であれば、ＣＩＳ１３の位置を補正する移動量を算出し、モータＭ１に制御信号を出力する。撮像距離Ｌａが被写界深度の範囲よりも小さければＣＩＳを副走査方向の後方に移動させ、逆に、撮像距離Ｌａが被写界深度の範囲よりも大きければＣＩＳを副走査方向の前方に移動させる。

そして、その位置と傾斜姿勢で、ＣＩＳ１３に画像情報を取得させる（Ｓ１０）。

そして、次に画像情報を取得する位置まで、ＣＩＳ１３を移動させる。ＣＩＳの位置を補正していなければ、所定距離だけ副走査方向に前進させ、補正していれば、その補正量を補った上でＣＩＳ１３を所定距離だけ副走査方向に前進させる（Ｓ１１）。

以上の各ステップを制御部１７が繰り返すことにより、原稿５０の画像面が走査されることになる。ＣＩＳ１３の傾斜姿勢を適宜調整することにより、撮像距離を被写界深度の範囲内に制御でき、原稿台から浮き上がる綴じ代部などが真っ黒に印字されることを防止することができる。原稿面との距離調整がモータＭ１，Ｍ２を含む回転機構のみで可能であり、原稿読取装置の小型化が図れる。

次に、制御部１７の制御フローの他の一例を説明する。

上述の制御フローでは、撮像距離Ｌａが被写界深度の範囲内に収まるようにＣＩＳ１３の位置と移動量とを制御したが、以下では、撮像距離Ｌａが略一定に維持されるようにＣＩＳ１３の位置と移動量とを制御する。

この場合、制御部１７は測距距離Ｌｄをメモリから読み出し、測距距離Ｌｄに基づく演算により、傾斜角度θを決定する。具体的には以下の式に測距距離Ｌｄと一定にする撮像距離Ｌａを代入することで傾斜角度θを決定する。

θ＝ｃｏｓ^−１（Ｌｄ／Ｌａ）
次に、制御部１７は、その時の副走査軸上の位置ｘからの移動量Δを決定する。ｎ番目の走査ラインについての測距センサ１４で測距を行った走査軸上の位置Ｘとした場合に、以下の式に基づいて位置ｘを決定する。

ｘ＝Ｘ-（Ｌａ×ｓｉｎθ）
次に、制御部１７は、光学ユニット１２が算出した位置ｘに移動し、ＣＩＳ１３の受光面が、算出した傾斜角度θを向くように、モータＭ１，Ｍ２を制御し、その状態でライン画像の画像情報を取得する。このようにして撮像距離Ｌａを一定に制御して画像情報を取得することができる。

なお、以上の説明では、測距センサ１４をＣＩＳ１３の所定距離前方に配置する構成を説明したが、測距センサ１４は、この構成に限らず、ＣＩＳ１３と独立して移動する構成を採用してもよい。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施形態に係る原稿読取装置を備える複合機の外観図である。 同原稿読取装置が備える原稿台の内部構成を説明する図である。 同原稿台が備えるＣＩＳの構成を説明する図である。 同ＣＩＳの位置と傾斜姿勢との関係を説明する概念図である。 同ＣＩＳの動作を説明する概念図である。 同原稿読取装置が備える制御部の制御フローを説明する図である。 同制御部の他の制御フローを説明する図である。

符号の説明

１…原稿読取装置
２…画像形成装置
１０…原稿台
１１…原稿台ガラス
１２…光学ユニット
１３…ＣＩＳ
１３１…基板
１３２…筐体
１３３…セルフォックレンズ
１３４…受光素子
１３５…発光部
１４…測距センサ
１５…副走査軸
１６…回転軸
１７…制御部
２０…ヒンジ
３０…原稿カバー
３１…原稿搬送装置
３２…原稿トレイ
３３…原稿マット
５０…原稿
１００…複写機
Ｍ１，Ｍ２…モータ

Claims (4)

1. 原稿台に載置される原稿の前記原稿台に対向する画像面から画像を読み取る原稿読取装置であって、
   前記原稿台に対して平行な面に含まれる主走査方向を中心として回転自在に、且つ、前記主走査方向に対して垂直で前記平行な面に含まれる副走査方向に沿って移動自在に配置され、前記主走査方向に対して垂直な方向から画像情報を取得する受光面を備えるイメージセンサと、
   前記イメージセンサを回転させる回転手段と、
   前記イメージセンサを移動させる副走査手段と、
   前記画像面と前記原稿台との間の距離に関する距離情報を前記副走査方向に沿って移動しながら取得する距離情報取得手段と、
   前記距離情報取得手段で取得する前記距離情報に基づき、前記画像面と前記原稿台との間の距離が増加する場合に、前記イメージセンサの受光面の向く方向が前記原稿台の法線方向に近づき、前記画像面と前記原稿台との間の距離が減少する場合に、前記イメージセンサの受光面の向く方向が前記原稿台の法線方向から遠ざかるように前記回転手段を制御しながら前記副走査手段を制御することにより、前記イメージセンサの受光面が向く方向での、前記画像面と前記イメージセンサとの間の距離を、前記イメージセンサの被写界深度の範囲内に収める副走査制御手段と、を備える原稿読取装置。
2. 前記副走査制御手段は、前記イメージセンサを前記副走査方向に沿って、選択的に前進または後退させる請求項１に記載の原稿読み取り装置。
3. 前記距離情報取得手段は、前記イメージセンサが前記画像情報を取得しながら前記副走査方向に沿って移動するのに並行して、前記距離情報を取得する請求項１または２に記載の原稿読取装置。
4. 前記距離情報取得手段は、前記イメージセンサが前記画像情報を取得しながら前記副走査方向に沿って移動するのに先行して、予め前記距離情報を取得しながら前記副走査方向に沿って移動する請求項１または２に記載の原稿読取装置

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