JP7103150B2 - 画像読取装置、画像形成装置、及び画像読取方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像読取装置、画像形成装置、及び画像読取方法に関する。

原稿の画像を読み取る画像読取装置等において、原稿の存在を検出するためのセンサが用いられている。このようなセンサとして、発光素子から透明部材を介して原稿へ光を照射し、原稿からの反射光を受光素子が検知するか否かに基づいて原稿の有無を判断する反射型光電センサがある。

例えば、反射型光源センサにおいて高濃度原稿を検出可能にすることを目的として、発光素子の光量を制御する光量制御手段を設け、高濃度原稿を検出する際に光量を増加させる技術が開示されている（特許文献１）。

反射型光電センサを用いて原稿を検出しようとするとき、検出対象の原稿が黒色等の吸光度の高い色彩を有する高濃度原稿である場合には、原稿からの反射光の光量が少なくなるため、十分な精度で原稿を検出することができない可能性がある。上記従来技術によれば、高濃度原稿を検出する際に光量を増加させることにより原稿からの反射光の光量を増加させることができるが、光量制御手段の搭載によるコスト増、光量変更時にユーザによる操作が必要となること等の問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、原稿の検出精度を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、透光部材と、前記透光部材を介して検出対象に照射光を照射する発光部と、前記透光部材を介して前記検出対象からの反射光を受光する受光部と、前記検出対象の画像を読み取る手段と、を備え、前記照射光の射出方向と前記透光部材の上面との接点である第１の反射点が、前記上面に対して垂直であり前記発光部の配置位置を通る第１の垂線と前記上面との接点である第１の点と、前記上面に対して垂直であり前記受光部の配置位置を通る第２の垂線と前記上面との接点である第２の点との間であって、前記第１の点及び前記第２の点のいずれにも重ならない部分に位置し、前記受光部は、前記照射光の射出方向と前記透光部材の下面との接点である第２の反射点において反射された前記照射光の正反射光の進行方向上以外の場所に配置されている、ことを特徴とする画像読取装置である。また、前記発光部の射出面から前記透光部材の下面までの高さをｈ、前記第１の垂線と前記照射光の射出方向とのなす角度をθ、前記発光部の射出面と前記受光部の受光面との間隔をｘとするとき、下記式（１）又は式（２）の関係が成り立つ。
０．２≦２ｈｔａｎθ／ｘ≦０．８ …（１）
１．２≦２ｈｔａｎθ／ｘ≦１．８ …（２）

本発明によれば、原稿サイズの検出精度を向上させることができる。

図１は、第１の実施形態に係る画像読取装置の構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る光センサの構成例を示す図である。 図３は、拡散光と正反射光とのなす角度と、拡散光の光量との関係を例示する図である。 図４は、比較例に係る光センサの構成例を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係る発光素子及び受光素子の好適な配置例を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る光センサの構成例を示す図である。 図８は、第３の実施形態に係る光センサの構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、検出装置、画像読取装置、画像形成装置、及び検出方法の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、及びいわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更、及び組み合わせを行うことができる。

（第１の実施形態）
＜画像読取装置の構成＞
図１は、第１の実施形態に係る画像読取装置１の構成例を示す図である。本実施形態に係る画像読取装置１は、デジタル複写機、デジタル複合機、ファクシミリ装置等の画像形成装置に搭載されるスキャナ装置である。画像読取装置１は、単体のスキャナ装置であってもよい。図中、Ｘ軸は主走査方向に対応し、Ｙ軸は副走査方向に対応し、Ｚ軸は高さ方向に対応する。

本実施形態に係る画像読取装置１は、図１に示すように、筐体１０、コンタクトガラス１１（透光部材）、第１のキャリッジ１２、第２のキャリッジ１３、レンズユニット１４、撮像素子１５、及び光センサ１６（検出装置）を含む。

筐体１０の上面部には、透明の板状部材からなり、画像読取の対象となる原稿が載置されるコンタクトガラス１１が配置されている。

第１のキャリッジ１２は、光源２１及び第１のミラー２２を含み、ステッピングモータ等の適宜な駆動機構により副走査方向（Ｙ軸方向）に移動可能なユニットである。光源２１は、走査光をコンタクトガラス１１（原稿）へ向けて射出するユニットであり、ＬＥＤ２５等の発光素子を含んで構成される。走査光は、主走査方向（Ｘ軸方向）に沿った線状の光であってもよい。この場合、コンタクトガラス１１上に載置された原稿の主走査方向の長さを１ラインで検出することができる。第１のミラー２２は、光源２１から射出された走査光の反射光を第２のキャリッジ１３側へ反射させる。

第２のキャリッジ１３は、第２のミラー２３及び第３のミラー２４を含み、ステッピングモータ等の適宜な駆動機構により副走査方向に移動可能なユニットである。第２のミラー２３は、第１のキャリッジ１２（第１のミラー２２）からの反射光を第３のミラー２４へ反射させる。第３のミラー２４は、第２のミラー２３からの反射光をレンズユニット１４へ反射させる。

レンズユニット１４は、第２のキャリッジ１３（第３のミラー２４）からの反射光を集光する。

撮像素子１５は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の素子を利用して構成され、レンズユニット１４により集光された反射光を受光して光電変換する。

光センサ１６は、コンタクトガラス１１へ向けて照射光を射出する発光素子、コンタクトガラス１１側からの反射光を受光して光電変換する受光素子等を含んで構成される反射型光電センサである。光センサ１６は、筐体１０内の所定の位置に固定され、反射光の光量に基づいて光センサ１６の上方に原稿が存在しているか否かを検出する。光センサ１６の検出結果に基づいて原稿のサイズ（例えばＡ４、Ｂ５等）を識別することが可能となる。なお、光センサ１６を所定の駆動機構を利用して変位可能に設置してもよい。

原稿をコンタクトガラス１１上に載置して原稿の画像を読み取る通常の画像読時には、光源２１が走査光を射出しながら、第１のキャリッジ１２及び第２のキャリッジ１３がステッピングモータ等により副走査方向に移動する。このとき、コンタクトガラス１１から撮像素子１５までの光路長を一定に維持するために、第２のキャリッジ１３は第１のキャリッジ１２の１／２の速度で移動する。

走査光が原稿の画像面に照射されると、画像面からの反射光が第１のミラー２２、第２のミラー２３、第３のミラー２４、及びレンズユニット１４を経由して撮像素子１５において結像される。撮像素子１５は、受光（結像）した反射光を画素毎に光電変換する。光電変換された信号は、デジタル信号に変換される。このように原稿の画像が読み取られ、デジタルの画像データが取得される。

＜光センサの構成＞
図２は、第１の実施形態に係る光センサ１６の構成例を示す図である。本実施形態に係る光センサ１６は、ケーシング３０、発光素子３１、及び受光素子３２を有する。

ケーシング３０の内部には、発光素子３１及び受光素子３２が主走査方向に沿って配置されている。発光素子３１は、所定の電子制御ユニットからの制御信号や駆動電流に応じて照射光４１を射出するＬＥＤ等の素子である。照射光４１は、コンタクトガラス１１を介してコンタクトガラス１１上に載置された原稿に照射される。受光素子３２は、コンタクトガラス１１上に載置された原稿からの反射光を、コンタクトガラス１１を介して受光して光電変換するＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の光電変換素子である。ケーシング３０の上面には、発光素子３１から射出された照射光４１を透過する射出口３５と、コンタクトガラス１１側からの反射光４３を透過する受光口３６とが形成されている。

図２において、第１の垂線Ｌ１とコンタクトガラス１１の上面との接点である第１の点Ｐ１、第２の垂線Ｌ２とコンタクトガラス１１の上面との接点である第２の点Ｐ２、照射光４１の射出方向とコンタクトガラス１１の上面との接点である第１の反射点α、及び照射光４１の進行方向とコンタクトガラス１１の下面との接点である第２の反射点βが示されている。第１の垂線Ｌ１は、コンタクトガラス１１の上面又は下面に対して垂直であり、発光素子３１の配置位置を通る線である。第２の垂線Ｌ２は、コンタクトガラス１１の上面又は下面に対して垂直であり、受光素子３２の配置位置を通る線である。

本実施形態に係る光センサ１６においては、第１の反射点αが第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との間に位置し、且つ受光素子３２は、第２の反射点βにおいて反射された照射光４１の正反射光４５の進行方向上以外の場所に配置されている。なお、「第１の反射点αが第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との間に位置」するという条件には、第１の反射点αが第１の点Ｐ１及び第２の点Ｐ２のいずれにも重ならないという条件が含まれる。

図２に示すように、照射光４１が第１の反射点αで反射した拡散光４２の一部が反射光４３として受光素子３２に受光される。受光素子３２により受光される反射光４３の光量は、反射光４３の進行方向と、第１の反射点αにおいて反射された照射光４１の正反射光４４の進行方向とのなす角度θ１に依存する。

図３は、拡散光４２と正反射光４４とのなす角度と、拡散光４２の光量との関係を例示する図である。図３中、各矢印の太さは光量を表し、矢印が太いほど光量が多いことを示している。図３に示すように、照射光４１が非完全拡散面１１１に反射されたときに発生する拡散光４２の光量は、正反射光４４のものが最も多く、正反射光４４とのなす角度が大きくなるに従い少なくなっていく。

図２に示すように、本実施形態に係る光センサ１６は、第１の反射点αが第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との間に位置するように構成されているため、角度θ１が比較的小さくなる。これにより、受光素子３２により受光される反射光４３の光量が多くなり、高濃度の原稿２０であっても高い精度で検出することができる。

図４は、比較例に係る光センサ１０１の構成例を示す図である。本比較例においては、第１の反射点αが第２の点Ｐ２と重なっている。このような場合、正反射光４４と反射光４３とのなす角度θ２は、図２に示す本実施形態に係る角度θ１より大きくなる。そのため、比較例においては、受光素子３２により受光される反射光４３の光量が少なくなり、高濃度の原稿２０の検出する際の精度が不足する可能性がある。

また、本実施形態においては、図２に示すように、第２の反射点βにおける照射光４１の正反射光４５の進行方向上に受光素子３２が配置されていないことにより、当該正反射光４５が受光素子３２により直接受光されることがない。当該正反射光４５は原稿２０の誤検出の要因となるため、本実施形態のように構成することにより、原稿２０の検出精度を向上させることができる。

図５は、第１の実施形態に係る発光素子３１及び受光素子３２の好適な配置例を示す図である。発光素子３１の射出面からコンタクトガラス１１の下面までの高さをｈ、第１の垂線Ｌ１と照射光４１の射出方向とのなす角度をθ、発光素子３１の射出面と受光素子３２の受光面との間隔をｘとするとき、下記式（１）又は式（２）の関係が成り立つことが好ましい。
０．２≦２ｈｔａｎθ／ｘ≦０．８ …（１）
１．２≦２ｈｔａｎθ／ｘ≦１．８ …（２）

式（１）又は式（２）の関係が満たされるとき、実用上十分な検出精度が得られることが実験により確認されている。式（１）は、第１の反射点αが第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との中間点より第１の点Ｐ１（発光素子３１）側にある場合において好適な範囲を示している。式（２）は、第１の反射点αが第１の点Ｐ１と第２の点Ｐ２との中間点より第２の点Ｐ２（受光素子３２）側にある場合において好適な範囲を示している。

＜画像形成装置の構成＞
上記のような光センサ１６を利用した画像読取装置１を複写機、ＭＦＰ等の画像形成装置に搭載することにより、高濃度の原稿２０であっても高精度で検出可能な画像形成装置を提供することができる。

図６は、第１の実施形態に係る画像形成装置２００の構成例を示す図である。画像形成装置２００は、画像読取装置１、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）２０２、給紙部２０３、及び画像形成部２０４を有する。

画像形成部２０４内には、タンデム方式の作像部２０５、作像部２０５に給紙部２０３から搬送路２０７を介して記録紙（記録媒体）を供給するレジストローラ２０８、光書き込み装置２０９、定着・搬送部２１０、両面トレイ２１１等が設けられている。

作像部２０５には、ＹＭＣＫの４色に対応して４本の感光体ドラムが並設されている。各感光体ドラム２１２の回りには、帯電器、現像器２０６、転写器、クリーナ、及び除電器を含む作像要素が配置されている。また、転写器と感光体ドラム２１２との間には両者のニップに挟持された状態で駆動ローラと従動ローラとの間に張架された中間転写ベルト２１３が配置されている。

上記のような構成の画像読取装置１においては、先ず感光体ドラム２１２にＹＭＣＫの色毎の潜像を書き込み、現像器２０６により各色のトナー像を形成する。その後、各色のトナー像を中間転写ベルト２１３上に例えばＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの順で１次転写する。１次転写により４色重畳されたフルカラーの画像は記録紙に２次転写される。２次転写されたフルカラーの画像は定着後に排紙される。

以上のように、本実施形態によれば、受光素子３２により受光される反射光４３の光量の不足を避けることができると共に、誤検出の要因となるコンタクトガラス１１からの正反射光４４の受光を避けることができる。これにより、高濃度の原稿２０であっても高い精度で検出することが可能となる。

以下に他の実施形態について図面を参照して説明するが、第１の実施形態と同一又は同様の作用効果を奏する箇所については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る光センサ５１の構成例を示す図である。本実施形態に係る光センサ５１は、受光素子３２の設置状態が第１の実施形態と相違している。

本実施形態に係る受光素子３２は、受光素子３２の受光面に対する垂線Ｌ３が第１の反射点α（照射光４１の射出方向とコンタクトガラス１１の上面との接点）を通るように配置されている。

本実施形態によれば、受光素子３２による反射光４３の受光効率を向上させることができ、原稿２０の検出精度を更に向上させることができる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る光センサ６１の構成例を示す図である。本実施形態に係る光センサ６１は、発光素子３１とコンタクトガラス１１との間に第１のレンズ６５が配置され、受光素子３２とコンタクトガラス１１との間に第２のレンズ６６が配置されている点で第１の実施形態と異なっている。

第１のレンズ６５は、発光素子３１から射出された照射光４１を集光し、第１の反射点α又はその近傍で集結させる。第２のレンズ６６は、第１の反射点αからの反射光４３を集光し、受光素子３２の受光面又はその近傍で集結させる。第１のレンズ６５又は第２のレンズ６６のいずか一方のみを配置するようにしてもよい。

本実施形態によれば、受光素子３２による反射光４３の受光効率を向上させることができ、原稿２０の検出精度を更に向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更、及び組み合わせを行うことができる。この実施形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 画像読取装置
１０ 筐体
１１ コンタクトガラス（透光部材）
１２ 第１のキャリッジ
１３ 第２のキャリッジ
１４ レンズユニット
１５ 撮像素子
１６，５１，６１ 光センサ（検出装置）
２０ 原稿（検出対象）
２１ 光源
２２ 第１のミラー
２３ 第２のミラー
２４ 第３のミラー
３０ ケーシング
３１ 発光素子（発光部）
３２ 受光素子(受光部）
３５ 射出口
３６ 受光口
４１ 照射光
４２ 拡散光
４３ 反射光
４４，４５ 正反射光
６５ 第１のレンズ
６６ 第２のレンズ
２００ 画像形成装置
２０２ ＡＤＦ
２０３ 給紙部
２０４ 画像形成部
２０５ 作像部
２０６ 現像器
２０７ 搬送路
２０８ レジストローラ
２０９ 光書き込み装置
２１０ 定着・搬送部
２１１ 両面トレイ
２１２ 感光体ドラム
２１３ 中間転写ベルト
Ｌ１ 第１の垂線
Ｌ２ 第２の垂線
Ｌ３ 第３の垂線
Ｐ１ 第１の点
Ｐ２ 第２の点
α 第１の反射点
β 第２の反射点

特開平８－２１１７８９号公報

Claims (6)

1. 透光部材と、
   前記透光部材を介して検出対象に照射光を照射する発光部と、
   前記透光部材を介して前記検出対象からの反射光を受光する受光部と、
   前記検出対象の画像を読み取る手段と、
   を備え、
   前記照射光の射出方向と前記透光部材の上面との接点である第１の反射点が、前記上面に対して垂直であり前記発光部の配置位置を通る第１の垂線と前記上面との接点である第１の点と、前記上面に対して垂直であり前記受光部の配置位置を通る第２の垂線と前記上面との接点である第２の点との間であって、前記第１の点及び前記第２の点のいずれにも重ならない部分に位置し、
   前記受光部は、前記照射光の射出方向と前記透光部材の下面との接点である第２の反射点において反射された前記照射光の正反射光の進行方向上以外の場所に配置されている、
   前記発光部の射出面から前記透光部材の下面までの高さをｈ、前記第１の垂線と前記照射光の射出方向とのなす角度をθ、前記発光部の射出面と前記受光部の受光面との間隔をｘとするとき、下記式（１）又は式（２）の関係が成り立つ、
   ０．２≦２ｈｔａｎθ／ｘ≦０．８ …（１）
   １．２≦２ｈｔａｎθ／ｘ≦１．８ …（２）
   画像読取装置。
2. 前記受光部は、前記受光部の受光面に対する垂線が前記第１の反射点を通るように配置されている、
   請求項１に記載の画像読取装置。
3. 前記発光部と前記透光部材との間に配置され前記照射光を集光する第１のレンズ、
   を更に備える請求項１又は２に記載の画像読取装置。
4. 前記受光部と前記透光部材との間に配置され前記第１の反射点からの反射光を集光する第２のレンズ、
   を更に備える請求項１～３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の画像読取装置と、
   前記画像読取装置により読み取られた画像を記録媒体に印刷する手段と、
   を備える画像形成装置。
6. 発光部が透光部材を介して検出対象に照射光を照射する工程と、
   受光部が前記透光部材を介して前記検出対象からの反射光を受光する工程と、
   前記受光部により受光された前記反射光の光量に基づいて前記検出対象の存否を判定する工程と、
   前記検出対象の画像を読み取る工程と、
   を含む画像読取方法であって、
   前記照射光の射出方向と前記透光部材の上面との接点である第１の反射点が、前記上面に対して垂直であり前記発光部の配置位置を通る第１の垂線と前記上面との接点である第１の点と、前記上面に対して垂直であり前記受光部の配置位置を通る第２の垂線と前記上面との接点である第２の点との間であって、前記第１の点及び前記第２の点のいずれにも重ならない部分に位置し、
   前記受光部は、前記照射光の射出方向と前記透光部材の下面との接点である第２の反射点において反射された前記照射光の正反射光の進行方向上以外の場所に配置されている、
   前記発光部の射出面から前記透光部材の下面までの高さをｈ、前記第１の垂線と前記照射光の射出方向とのなす角度をθ、前記発光部の射出面と前記受光部の受光面との間隔をｘとするとき、下記式（１）又は式（２）の関係が成り立つ、
   ０．２≦２ｈｔａｎθ／ｘ≦０．８ …（１）
   １．２≦２ｈｔａｎθ／ｘ≦１．８ …（２）
   ことを特徴とする画像読取方法。

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