JP5675131B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラテンに載置された原稿を読み取る画像読取装置に関する。

この画像読取装置は、原稿を載置するプラテンと、そのプラテンを介し原稿と対峙したキャリッジをプラテンに対し水平に移動させ、キャリッジに搭載した主走査方向に長い線状光源で原稿を副走査方向に沿って順次照明し、線状光源によって照明された原稿からの反射光を画像読取センサで順次受光することによって原稿画像を読み取るように構成されている。

［キャリッジ移動方式の種別<自走式・非自走式>］
この種の画像読取装置におけるキャリッジ移動方式には、例えば特許文献１［特開２００２−４４３２１公報］で開示する二つのタイプが有る。その一つは、図１０で示すように、装置フレーム１００側にモータ１０６を配置し、そのモータ１０６とガイドシャフト１０２に沿って移動可能に支持されたキャリッジ１１０をワイヤー１０４から成る牽引手段で連結し、モータ１０６の回転でワイヤー１０４を引っ張りキャリッジ１１０を移動する非自走式タイプの装置である。もう一つは、図１１で示すように、ガイドシャフト１０２に沿って移動可能に支持されたキャリッジ１１０自身にモータ１０３を搭載し、そのキャリッジ１１０と装置フレーム１００側との間に張ったワイヤー１０４から成る牽引手段とを連結し、搭載したモータ１０６の回転でワイヤー１０４を引っ張りキャリッジ１１０自ら移動する自走式タイプの装置である。

［キャリッジ牽引手段］
また、キャリッジ牽引手段として、上記のワイヤーの他に、歯付タイミングベルトを用いたものやラック・ピニオンを用いたものが知られている。まず、上記のワイヤーによるキャリッジ牽引は、キャリッジの移動方向前後で装置本体フレームに軸支された一方がモータによって回転する駆動プーリーと他方が従動プーリーから成る一対のプーリーにワイヤーをそれぞれ巻付けながら架け渡し、そのワイヤーの一箇所にキャリッジを連結し、キャリッジを牽引する構造が知られている。また、歯付タイミングベルトによるキャリッジ牽引は、キャリッジの移動方向前後で装置本体フレームに軸支された一方がモータによって回転する駆動プーリーと他方が従動プーリーから成る一対の歯付プーリーに歯付タイミングベルトを架け渡し、そのタイミングベルトの一箇所にキャリッジを連結し、キャリッジを牽引する構造が知られている。また、ラック・ピニオンによるキャリッジ牽引は、キャリッジの移動方向に沿ってラック歯を形成したラックをガイドシャフトに対し平行に配置すると共に、キャリッジに搭載した自走モータの最終段にピニオン歯車を連結し、ピニオン歯車をラック歯に歯合し、キャリッジ搭載の自走モータでキャリッジを牽引する構造が知られている。

［キャリッジ牽引手段の適用］
尚、上記のワイヤー及び歯付タイミングベルトは自走式・非自走式の両キャリッジ移動方式に用いられ、ラック・ピニオンは自走式の両キャリッジ移動方式に用いられている。

［キャリッジ支持機構］
そして、キャリッジを移動自在に支持する支持機構としては、一般に図１２の斜視図及び図１３の平面断面図で示す様に、キャリッジの一端側は、キャリッジ１１０のキャリッジフレームに一体成形でスライダ軸受１１２が形成し、このスライダ軸受１１２でガイドシャフト１０２を軸支し、キャリッジ１１０をガイドシャフト１０２に摺動可能に支持する。またキャリッジの他端側は、キャリッジ１１０のキャリッジフレームはガイドレール１０１上を摺動可能に支持された構造をしている。

特開２００２−４４３２１公報

［第１の課題＜キャリッジ支持機構の問題点＞］
上記キャリッジ支持機構の様に、キャリッジをガイドシャフトに沿って移動自在に支持するスライダ軸受をキャリッジフレームと一体成形する構造では、ガイドシャフトの装置フレームへの取り付け位置が特定されてしまうことで、その特定された位置に装置スペックの関係でガイドシャフトを設定できない場合には、そのキャリッジを共用することは出来ず、新たにガイドシャフトの取り付け位置に応じてキャリッジフレームの成形型を作って対応することとなり、不経済で、安価な装置を提供することが出来ない。

［第２の課題＜ラック・ピニオン牽引手段による自走式キャリッジでの問題点＞］
また、上記キャリッジ支持機構で構成されたキャリッジに自走モータを搭載した自走式キャリッジの場合、先に説明した様にそのキャリッジ牽引手段は一般にラック・ピニオンが用いられる。その駆動連結構造は図１４の平面断面図で示す様に、キャリッジ１１０に一体成形したスライダ軸受１１２をガイドするガイドシャフト１０２の取り付け位置を基準にして、ラックＬＫを装置フレーム１００（非図示）に固定すると共に、このラックＬＫとピニオン歯車ＰＧとを歯合させながら自走モータＭＯとピニオン歯車ＰＧとを駆動連結歯車を介し連結したモータユニットＭＯＵをキャリッジ１１０に固定している。しかし、当然なことながらラックＬＫはガイドシャフト１０２との間隙Ｌ１に対し取付誤差ｄ１内で変位し、モータユニットＭＯＵはガイドシャフト１０２との間隙Ｌ２に対し取付誤差ｄ２内で変位する。この為に、ラックＬＫとピニオン歯車ＰＧがキャリッジ移動領域内で互いに食付き作動不良を起こし易く、又はラックＬＫとピニオン歯車ＰＧとの歯合ギャップが広がり過ぎバックラッシュが増大し、キャリッジの移動ガタが大きくなり画像ブレを起こし易い。

本発明は、以上の点に鑑みて、その目的は、自走式キャリッジをガイドシャフトの取付位置が異なる装置にも共用可能で、組立性に優れ、しかもキャリッジの移動時のガタ付きを無くすことで高画質の読取画像を得ることが可能な画像読取装置を提供するものである。

本発明は、上記目的を達成するため、原稿を載置するプラテンと、このプラテンに沿って移動するキャリッジと、このキャリッジを移動可能に支持するキャリッジ支持手段と、このキャリッジ支持手段に支持された前記キャリッジを操作するキャリッジ走行手段と、このキャリッジ走行手段で前記キャリッジを移動させ得られる原稿画像を読み取る画像読取センサと、を備えた画像読取装置において、前記キャリッジ支持手段は、前記キャリッジの移動を案内するガイド部材（ガイドシャフト）と、このガイド部材にガイドされ前記キャリッジを移動するスライダー部材（軸受け部）とから成り、前記キャリッジ走行手段は、前記キャリッジに搭載されたキャリッジ駆動モータと、このキャリッジ駆動モータの駆動を受けキャリッジを前記ガイド部材に沿って牽引するキャリッジ牽引手段とから成り、前記キャリッジ牽引手段は、前記キャリッジ駆動モータと駆動連結し回転するピニオン歯車と、当該ピニオン歯車と歯合するラック歯とを有するラック部材を備え、
前記キャリッジ駆動モータを取り付ける取付部を前記スライダー部材に形成し、このスライダー部材を前記キャリッジに取り付け前記ラック部材は、前記ガイド部材を基準に、前記ピニオン歯車と前記ガイド部材との間で、装置本体に固定されて成る。

本発明によれば、キャリッジの移動を案内するガイド部材（ガイドシャフト）にガイドされキャリッジを移動するスライダー部材（軸受け部）にキャリッジに搭載するキャリッジ駆動モータを取り付ける取付部を形成し、そのスライダー部材をガイド部材の取り付け位置に応じキャリッジに取り付けることで、キャリッジ自体をガイドシャフトの取付位置が異なる装置にも共用可能で、組立性に優れた画像読取装置を提供することができる。

また特に本発明によれば、キャリッジを牽引するキャリッジ牽引手段として、キャリッジ駆動モータと駆動連結し回転するピニオン歯車と、このピニオン歯車と歯合するラック歯を有し装置本体に固定されたラック部材とで構成することによって、ガイド部材を基準にキャリッジ駆動モータとラック部材とを位置決めすることが出来、キャリッジの移動時のがたつきを抑え、高画質の読取画像を得ることが可能な画像読取装置を提供することができる。

本発明に係わる画像読取装置の全体構成の説明図。 図１の装置における原稿画像を読取る読取キャリッジの構成を示す説明図。 図１の装置におけるキャリッジの外観構造を示す斜視説明図。 図３のキャリッジの自走モータ搭載状態を透視した斜視説明図。 図４の自走モータを取り付けたスライダー部材のキャリッジ取り付け状態を示す斜視説明図。 図３のキャリッジの構成を示す平面図。 図３のキャリッジの部分分解斜視図。 図３のキャリッジに搭載される光源ユニットの構造を説明する説明図。 図８の光源ユニットの構成図。 従来の画像読取装置の構成を説明する説明図。 従来の画像読取装置の別の構成を説明する説明図。 従来の画像読取装置に搭載するキャリッジのキャリッジ支持手段の構造を説明する斜視図。 図１２のキャリッジ支持手段の構造を説明する断面図。 従来の自走式スキャナーのキャリッジ支持手段の構造を説明する断面図。

図１に本発明に係わる光源ユニット９を内蔵した画像読取装置Ａの構成を示す。図１に示す装置は画像読取装置Ａと、これに搭載した原稿給送ユニットＢから構成されている。以下画像読取装置Ａと、これに内蔵されたキャリッジ６の構成及び移動機構について順に説明する。

［画像読取装置］
まず画像読取装置Ａは、図１に示すように装置ハウジング１に第１プラテン３と、第２プラテン２を備えている。この第１、第２プラテン３，２は、ガラスなどの透明素材で形成され、装置ハウジング１の天部に固定されている。そして第１プラテン３は原稿を載置セットする寸法サイズに形成され、第２プラテン２は所定速度で移動する原稿を読み取るようにその幅サイズに形成されている。上記第１、第２プラテン３，２は図１に示すように互いに並設されている。そして上記装置ハウジング１の内部には画像読取機構が内蔵されている。

この画像読取機構の一例を図２（図１の要部拡大図）に従って説明する。装置ハウジング１内には、第１プラテン３と第２プラテン２間で位置移動可能にキャリッジ６が配置されている。これと共にキャリッジ６は第１プラテン３に沿って往復動するように後述するガイドシャフト１２に支持されている。

［キャリッジ構成］
キャリッジ６は耐熱性樹脂などで構成されたユニットフレーム１１に光源ユニット９（後述の第１光源ユニット９ａと第２光源ユニット９ｂ）と、原稿からの反射光を偏向する反射ミラー１０（第１ミラー１０ａ、第２ミラー１０ｂ、第３ミラー１０ｃ）と、反射ミラー１０からの光を集光する集光レンズ７と、集光レンズ７で結像される結像部に配置されたラインセンサ８とが搭載されている。そしてラインセンサ８から電気信号として出力された画像データを画像処理部に転送するようにデータ転送ケーブルによって画像処理部（データ処理ボード；不図示）に電気的に接続されている。

［キャリッジの支持機構］
キャリッジ６は、図３で示す様に装置ハウジング１に配置されたガイドシャフト１２にキャリッジ６の一端が軸受けされ、キャリッジ６の他端が上述した図１３で説明したレール部材ＧＬにより保持され、装置ハウジング１に対し往復動自在に支持されている。尚、ガイドシャフト１２とレール部材ＧＬは、装置ハウジング１にそれぞれ並行で、しかも第１プラテン３（第２プラテン２）と並行に取り付けることで、キャリッジ６を第１プラテン３（第２プラテン２）と並行に安定して往復動するように構成している。

［キャリッジの移動機構］
キャリッジ６には図４及び図５で示す様に自走式モータＭＯが搭載され、自走式モータＭＯに駆動連結する歯車列の最終歯車となるピニオン歯車ＰＧが装置ハウジング１に固定支持したラックＬＫと駆動連結させ、自走式モータＭＯの正逆転で図２左右方向に往復動する。

（自走モータの支持機構）
その自走式モータＭＯは、駆動連結する歯車列とピニオン歯車ＰＧと共に取付ユニット部材ＦＢに支持される。この取付ユニット部材ＦＢにはガイドシャフト１２に嵌合する軸受け部Ｇ１、Ｇ２が自走式モータＭＯの取付部と共に一体成形されている。

（自走モータの取付手順）
そして、まず自走式モータＭＯと駆動連結する歯車列とピニオン歯車ＰＧとがそれぞれ組み込まれユニット化された取付ユニット部材ＦＢをキャリッジ６の所定箇所に止めビスやブッシュ等の固定部材ＫＴで固定する。次に、取付ユニット部材ＦＢの軸受け部Ｇ１、Ｇ２をガイドシャフト１２に嵌合した状態で、事前に装置ハウジング１に取り付けて有るレール部材ＧＬにキャリッジ６の他端を支持させながら、ガイドシャフト１２を装置ハウジング１に取り付ける。その後、ピニオン歯車ＰＧに歯合させたラックＬＫをガイドシャフト１２を取付基準として装置ハウジング１に取り付け組込を完成させる。

［光源ユニット］
次に、キャリッジ６に搭載され読取面Ｒに光を照射する光源ユニット９について説明する。光源ユニット９は、読取面Ｒの読取りライン（図２に示す読取面Ｒと直交する主走査方向読取り幅）に線状光を照射する。この光源ユニット９は図２に示す第１光源ユニット９ａと第２光源ユニット９ｂを搭載する構成で、その第１、第２光源ユニット９ａ、９ｂは、それぞれ導光体３０と発光体４０で構成され、図６で示すキャリッジ６のユニットフレーム１１に搭載されている。そしてその組み立て分解図である図５に示す様に、第１、第２光源ユニット９ａ、９ｂは、キャリッジ６に固定される光源収容部（導光体支持枠）１３に形成された第１収容部１３ａと第２収容部１３ｂにそれぞれ収容される。

また、キャリッジ６のユニットフレーム１１には放熱部材１４が一体形成されている。この放熱部材１４に耐熱シート（耐熱樹脂板）１５を介して回路基板１６が固定されている。図示１７は回路基板１６を支持するバックアッププレートであり、回路基板１６は放熱部材（ヒートシンク）１４にバックアッププレート１７で一体的に取付けられている。

［導光体の構成］
導光体３０は、図７及び図８に示すように読取面Ｒの読取幅（読取りライン幅）Ｗに応じた長さの棒状透光部材で構成されている。導光体３０は例えば透明アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの透光性に富んだ材料で構成され、その断面形状は矩形状、或いは図示のように断面扇形状に構成され、左右端面３１Ｌ、３１Ｒには発光体４０が配置される。そしてこの導光体３０には光散乱面３２と光出射面３３が互いに対向するように配置されている。

つまり図８に示すように光散乱面３２と光出射面３３は距離Ｌｄを隔てて略並行に読取りライン幅Ｗの長さで対向配置されている。光散乱面３２は塗装加工、エッチング加工、モールド成形加工などで凹凸面に形成され導入された光を乱反射するように表面加工されている。また光出射面３３は透光性に富んだレンズ表面のように表面仕上げされている。

従って導光体３０内に導入された光は光散乱面３２で所定方向に拡散され、光出射面３３に導入された光は所定の臨界角度以上のときには内部に反射し、臨界角度以下のときには外部に出射される。図８に矢印ｈａで示す光は導光体３０内で反射し読取りライン幅Ｗ方向に分散し、矢印ｈｂで示す光は光出射面３３から読取面Ｒに出射することとなる。尚図示しないが後述する発光体４０からは球方向（３６０度方向；図示のものは６０度広角方向）に光が入射され、光散乱面３２と光出射面３３に照射される。

［発光体の構成］
発光体４０（４１、４２、４３）は、図８で示す様に回路基板１６に面状発光素子（図示のものはＬＥＤ発光素子）がマウントされている。この発光素子をマウントした回路基板１６は発光面と導光体３０の端面３１Ｌ（３１Ｒ）との間にギャップｄを隔てて配置する。このギャップｄは２ミリが最適値して設定されている。尚、図９は発光体４０（４１、４２、４３）が回路基板１６にマウントされた状態での配置構造を示す。

この発光体４０は図８で示す様に導光体３０の左右端面３１Ｌ、３１Ｒに対峙し配置され、この左右端面の光源は左右シンメトリーとなるように構成する。また、この発光体４０は左右端面の一方のみに配置することも可能で、他方には反射部材（鏡面部材）を配置する。このときの反射部材は仮想光源が発光体４０と対称となるように構成する。尚、発光体４０（４１、４２、４３）は面状発光素子で構成され、白色ＬＥＤで構成されている。

また、図８に示すように発光体４０は、光散乱面３２の法線方向ｈｘに対して角度θだけ角度調整することによって上述の光量特性を補正することが可能となる。つまり図８に示す発光体４０は回路基板１６にマウントされ、この基板１６の取付角度を時計方向にプラスθ傾けると主走査方向両端部の光量が大きくなり、逆に反時計方向にマイナスθ傾けると主走査方向両端部の光量は小さくなり、この角度調整によって簡単に集光レンズ７の特性に合致させることが可能となる。尚、取付角度は３°が最適値である。

［光源の制御構成］
図２に従って前述した光源ユニット９の制御について説明すると、第１光源９ａと第２光源９ｂは図９に示すように第１プラテン３と第２プラテン３の読取面Ｒに光を照射する。この光源ユニット９ａ（９ｂ）は図示のように２つの光源で構成する必然性はなく、１本或いは３本以上の光源で構成しても良い。この場合、後述する原稿給送ユニットＢでは、第２プラテン２を走行する原稿の速度を、第１プラテン３に沿ってキャリッジ６が移動する速度より高速にしている。

つまり、第１プラテン３の読取り速度より第２プラテン２の読取り速度を高速にしている。このため原稿に照射する光量を第１プラテン３より第２プラテン２を高くすることが好ましい。

このような光量調整は次のいずれかの方法を採用することによって可能である。（１）キャリッジ６に搭載された光源ユニット９に供給する電力を高低調節する。例えば光源ユニット９に電源を供給する電源供給回路に供給電圧又は供給電流の切り換え手段を設け、ランプに供給する電力を高低調整する光量調整手段を設ける。この光量調整手段はＰＷＭ制御として広く知られているのでその詳細説明を省く。

次の方法は、（２）キャリッジ６に搭載された第１第２、少なくとも２つの光源ユニット９ａ、９ｂを選択的に点灯する光量調整手段を設ける。図２に示す装置はキャリッジ６に第１導光体３０ａと第２導光体３０ｂが搭載され、第１プラテン３上の原稿に光を照射する際には第１導光体３０ａに電源供給して第１プラテン３上の原稿に光を照射し、第２プラテン２上の原稿に光を照射する際には第１導光体３０ａと第２導光体３０ｂに電源供給して第２プラテン２上の原稿に光を照射するように構成されている。

このような構成においてキャリッジ６が第１プラテン３に位置するときには第１導光体３０ａを、第２プラテン２に位置するときには第１導光体３０ａと第２導光体３０ｂを点灯する。これによって原稿に照射する光量を調整することが可能となり、供給電源を「ＯＮ」「ＯＦＦ」するスイッチング回路が光量調整手段を構成することとなる。

上記集光レンズ７は１枚若しくは複数枚のレンズで構成され全体として凸レンズ（非球面レンズ）を形成している。そしてラインセンサ８はＣＣＤなどの光電変換素子で構成され、図示のものはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｗ（モノクロ）の４ラインから成るカラーセンサアレイで構成されている。尚、この集光レンズ７とラインセンサ８は、キャリッジ６に搭載する場合を示したが装置ハウジング１の例えば底部シャーシにマウントしても良い。この他キャリッジ６を第１第２、２つのキャリッジで構成し、第１キャリッジに光源ユニットと反射ミラーを搭載し、第２キャリッジに集光レンズとラインセンサを搭載するキャリッジ構成にしても良い。

従って、図２に示すように第１プラテン３と第２プラテン２は略々同一平面に配置され、その下方に位置するキャリッジ６は第１プラテン３と第２プラテン２の直下に位置移動自在にガイドシャフト１２に支持され、キャリッジモータで選択的に位置移動する。そしてキャリッジ６は第１プラテン３に沿って移動する過程で、この第１プラテン３にセットされた原稿を走査しラインセンサ８で画像を読み取る。これと同時にこのキャリッジ６は第１プラテン３から第２プラテン２の直下に移動し、この位置に静止した状態で第２プラテン上を所定速度で移動する原稿の画像を読み取ることが出来る。

［原稿搬送ユニットの構成］
原稿給送ユニットＢは図１に示すように上述の第１、第２プラテン３、２を覆うようにその上方に配置され、上記第２プラテン２に原稿シートを給送するリードローラ（原稿給送手段）２１と搬出ローラ２２とを備えている。更に上記リードローラ２１の上流側には原稿シートを積載収納する給紙スタッカ２３と、この給紙スタッカに積載されてシートを１枚ずつ分離給送する給紙ローラ２４と、分離給送されたシートの先端をスキュ修正するレジストローラ対２５が配置されている。図示２６は給紙スタッカ２３から第２プラテン２に原稿シートを案内する給紙経路であり、図示Ｓ１はプラテンに至る原稿の先端を検知するリードセンサである。

図示の装置は第２プラテン２の上方に原稿シートを案内するバックアップローラ２７が配置されている。このバックアップローラ２７はリードローラ２１と同一周速度で回転し第２プラテン２上に原稿シートをフィットさせる為であり、このバックアップローラ２７を設けることなくプラテン上方にバックアップカイドを配置しても良い。

上記搬出ローラ２２の下流側には排紙ローラ２８と排紙スタッカ２９が配置されている。この排紙スタッカ２９は図２に示すように給紙スタッカ２３の下方に上下並列に配置され、その底部には前述の第１プラテン３上の原稿シートを押圧支持するプラテンカバー５が設けられている。

このように構成された原稿給送ユニットＢは画像読取ユニットＡの装置ハウジング１に開閉自在に据え付けられている。そして第１プラテン３を開放した状態で原稿シートを載置セットし、この原稿給送ユニットＢのプラテンカバー５でこの原稿を覆うように構成されている。

「第２の実施例」
以上説明した実施例では、キャリッジ駆動モータの駆動を受けキャリッジをガイド部材に沿って牽引するキャリッジ牽引手段として、キャリッジ駆動モータと駆動連結し回転するプーリーと、このプーリーに巻回され装置本体との間に張られたワイヤーとで構成することも出来る。

「第３の実施例」
また、キャリッジ牽引手段として、キャリッジ駆動モータと駆動連結し回転する歯付きプーリーと、この歯付きプーリーと歯合するタイミング歯を形成し装置本体との間で転動するタイミングベルトとで構成することも出来る。

１ 画像読取装置
２ 第２のプラテン
３ 第1のプラテン
６ キャリッジ
ＧＢ ガイド部材
ＧＳ ガイドシャフト
ＳＤ スライダー部材
ＧＷ 軸受け部
ＭＯ キャリッジ駆動モータ
ＣＫ キャリッジ牽引手段
ＹＡ ワイヤー
ＴＢ タイミングベルト
ＬＫ ラック
ＰＧ ピニオン歯車）
８ 画像読取センサ（ラインセンサー）

Claims (2)

1. 原稿を載置するプラテンと、このプラテンに沿って移動するキャリッジと、このキャリッジを移動可能に支持するキャリッジ支持手段と、このキャリッジ支持手段に支持された前記キャリッジを走行するキャリッジ走行手段と、このキャリッジ走行手段で前記キャリッジを移動させ得られる原稿画像を読み取る画像読取センサと、を備えた画像読取装置において、
   前記キャリッジ支持手段は、前記キャリッジの移動を案内するガイド部材と、このガイド部材にガイドされ前記キャリッジを移動するスライダー部材とから成り、
   前記キャリッジ走行手段は、前記キャリッジに搭載されたキャリッジ駆動モータと、このキャリッジ駆動モータの駆動を受けキャリッジを前記ガイド部材に沿って牽引するキャリッジ牽引手段とから成り、
   前記キャリッジ牽引手段は、前記キャリッジ駆動モータと駆動連結し回転するピニオン歯車と、
   当該ピニオン歯車と歯合するラック歯を有するラック部材を備え、
   前記キャリッジ駆動モータを取り付ける取付部を前記スライダー部材に形成し、このスライダー部材を前記キャリッジに取り付け
   前記ラック部材は、前記ガイド部材を基準に、前記ピニオン歯車と前記ガイド部材との間で、装置本体に固定されて成ることを特徴とする画像読取装置。
   
2. 前記ガイド部材は、シャフトで構成され、
   前記スライダー部材は、当該シャフトの周囲全体を囲う軸受け部を有し、
   前記キャリッジ駆動モータを取り付ける取付け部と前記軸受け部とが、前記スライダー部材に一体成形されることを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。