WO2018100819A1 - 読取モジュール及びそれを備えた画像読取装置並びに画像形成装置 - Google Patents

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WO2018100819A1
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light
reading
mirror
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PCT/JP2017/031509
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啓 大内
隆明 村瀬
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京セラドキュメントソリューションズ株式会社
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/24—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for reproducing or copying at short object distances
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/10—Mirrors with curved faces
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • H04N1/028—Details of scanning heads ; Means for illuminating the original for picture information pick-up
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/04—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa
    • H04N1/19—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa using multi-element arrays

Definitions

  • the present invention relates to a reading module for reading image light reflected by irradiating a document with light used for a digital copying machine, an image scanner, and the like, an image reading apparatus including the reading module, and an image forming apparatus.
  • a reduction optical system for reducing an image to form an image is connected in an equal magnification state without reducing the image.
  • the reduction optical system forms an image by forming a reduced image using a plurality of plane mirrors and optical lenses on an image sensor smaller than the original size (for example, 1/5 to 1/9 of the original size). read.
  • the image sensor in the reduction optical system uses a charge coupled device called a CCD (Charge Coupled Devices) sensor.
  • CCD Charge Coupled Devices
  • An advantage of the reduction optical system is that the depth of field is deep.
  • the depth of field is a range in which a subject (here, a document) appears to be in focus even if the subject (document here) is displaced in the optical axis direction from the position where the focus is accurately adjusted. That is, if the depth of field is deep, it means that even if the document is deviated from a specified position, an image that is not so inferior can be read.
  • a demerit of the reduction optical system is that the optical path length (distance that the light travels from the subject to the sensor) is as long as 200 to 500 mm.
  • the optical path length distance that the light travels from the subject to the sensor
  • the light traveling direction is changed using a plurality of plane mirrors. For this reason, the number of parts increases and the cost increases.
  • chromatic aberration occurs due to a difference in refractive index depending on the wavelength.
  • a plurality of lenses are required. The use of a plurality of lenses in this way is also a factor in increasing costs.
  • the equal-magnification optical system reads a plurality of erecting equal-magnification rod lenses arranged in an array and formed on an image sensor having the same size as the original.
  • the image sensor in the 1 ⁇ optical system uses a photoelectric conversion element called a CMOS (Complementary MOS) sensor.
  • CMOS Complementary MOS
  • the merit of the equal-magnification optical system is that the optical path length is relatively short, 10 mm to 20 mm, compared with the reduction optical system, and is compact.
  • the mirror required for the reduction optical system is not necessary, and the scanner unit equipped with the same-magnification optical system sensor can be thinned, and the structure is simple and low. It is a cost.
  • the equal-magnification optical system has a very small depth of field, and therefore, when the document is displaced from the specified position in the optical axis direction, the influence of blur due to image blurring appears due to the deviation of the magnification of each lens. As a result, there is a demerit that a book document or an uneven document cannot be read uniformly.
  • Patent Document 2 a method of reading an image using a reflection mirror array in an imaging optical system has been proposed.
  • a plurality of reflecting mirrors are arranged in an array, and a document read for each reading area corresponding to each reflecting mirror is reduced and invertedly imaged on a sensor.
  • one optical system reads and images an area.
  • Patent Document 2 it is possible to cancel the curvature of light generated on the first surface by using the second surface by using two mirror arrays.
  • two mirror arrays are provided, the optical path becomes complicated and the cost of the reading apparatus is increased.
  • the present invention can suppress the curvature of light emitted from a reflecting mirror in a method of forming image light on a sensor using a mirror array in which concave reflecting mirrors are arranged in an array.
  • An object of the present invention is to provide a simple reading module, an image reading apparatus including the same, and an image forming apparatus.
  • a first configuration of the present invention is a reading module including a light source, an optical system, a sensor, and a folding mirror.
  • the light source irradiates the document.
  • the optical system forms an image using reflected light of light emitted from the light source to the original as image light.
  • the sensor a plurality of imaging regions that convert image light imaged by the optical system into electrical signals are arranged adjacent to each other in the main scanning direction.
  • the optical system includes a mirror array and a diaphragm unit. In the mirror array, a plurality of reflecting mirrors whose reflecting surfaces are aspherical concave surfaces are connected in an array in the main scanning direction.
  • the diaphragm is provided between each reflection mirror and each imaging region, and adjusts the amount of image light reflected by each reflection mirror.
  • the optical path of the image light toward each reflecting mirror and the optical path of the image light toward the diaphragm unit are in the same direction.
  • the folding mirror is provided at a position facing the mirror array, and folds the image light reflected by each reflecting mirror in the direction of the aperture section. The folding mirror folds the image light twice or more on the same reflecting surface, including folding of the image light toward each reflecting mirror and folding of the image light reflected by each reflecting mirror toward the diaphragm.
  • the optical path length from the mirror array to the stop can be secured by folding the image light twice or more by the folding mirror, and the incident / reflection angle of the image light with respect to the mirror array can be set. Can be minimized. As a result, it is possible to suppress the curvature of the image formed in each imaging region. In addition, it contributes to a compact reading module.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view showing an optical path between the reflection mirrors 35a and 35b and the sensor 41 in FIG. 4, and light from outside the reading regions Ra and Rb is imaged on the sensor 41 by the reflection mirrors 35a and 35b. Diagram showing the situation FIG.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view showing an optical path between the reflection mirror 35a and the imaging region 41a on the sensor 41, and shows a configuration in which a light shielding wall 43 is provided at the boundary of the imaging region 41a.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a modification of the reading module 50 according to the present embodiment, and shows a configuration in which the image light d is reflected three times by the folding mirror 34. The figure which shows the image curvature at the time of separating incident light and reflected light in the concave-shaped reflective surface 101
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus 100 including an image reading unit 6 using a reading module 50 of the present invention.
  • an image forming apparatus 100 here, a digital multifunction peripheral is shown as an example
  • image data of a document is read and converted into an image signal by an image reading unit 6 described later.
  • the image forming unit 3 in the multifunction machine main body 2 the photosensitive drum 5 that rotates clockwise in FIG. 1 is uniformly charged by the charging unit 4.
  • An electrostatic latent image based on the document image data read by the image reading unit 6 is formed on the photosensitive drum 5 by a laser beam from the exposure unit (laser scanning unit or the like) 7.
  • a developer (hereinafter referred to as toner) is attached to the formed electrostatic latent image by the developing unit 8 to form a toner image.
  • the toner is supplied to the developing unit 8 from the toner container 9.
  • the sheet is conveyed from the sheet feeding mechanism 10 to the image forming unit 3 via the sheet conveying path 11 and the resist roller pair 12 toward the photosensitive drum 5 on which the toner image is formed as described above.
  • the paper feed mechanism 10 includes paper feed cassettes 10a and 10b and a stack bypass (manual feed tray) 10c provided above the cassettes 10a and 10b.
  • the conveyed paper passes through the nip portion between the photosensitive drum 5 and the transfer roller 13 (image transfer portion), whereby the toner image on the surface of the photosensitive drum 5 is transferred.
  • the sheet onto which the toner image has been transferred is separated from the photosensitive drum 5 and conveyed to a fixing unit 14 having a fixing roller pair 14a to fix the toner image.
  • the paper passing through the fixing unit 14 is distributed in the transport direction by the path switching mechanisms 21 and 22 provided at the branching point of the paper transport path 15, and is sent to the reverse transport path 16 as it is (or after both sides are copied). ), And is discharged to a paper discharge section including a first discharge tray 17a and a second discharge tray 17b.
  • the toner remaining on the surface of the photosensitive drum 5 after the transfer of the toner image is removed by the cleaning device 18. Further, the residual charge on the surface of the photosensitive drum 5 is removed by a static eliminating device (not shown) provided on the downstream side of the cleaning device 18 with respect to the rotation direction of the photosensitive drum 5.
  • the image reading unit 6 is disposed on the upper part of the multifunction machine main body 2.
  • a platen (original presser) 24 that presses and holds an original placed on the contact glass 25 (see FIG. 2) of the image reading unit 6 is provided to be openable and closable.
  • a document conveying device 27 is attached on the platen 24.
  • control unit (CPU) 90 that controls the operations of the image forming unit 3, the image reading unit 6, the document conveying device 27, and the like is disposed in the multifunction device main body 2.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the internal structure of the reading module 50 according to the embodiment of the present invention mounted on the image reading unit 6, and FIG. 3 shows the document 41 to the sensor 41 in the reading module 50 of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a plan sectional view showing a configuration between the optical unit 40 and the sensor 41 in the reading module 50 of the present embodiment.
  • the mirror array 35 constituting the optical unit 40 reflects the light beam, but FIG. 4 shows a model in which the light beam is transmitted to the optical unit 40 for convenience of explanation.
  • the reading module 50 reads an image on the front surface side (lower surface side in FIG. 2) of the document 60 placed on the contact glass 25 while moving in the sub-scanning direction (arrow AA ′ direction).
  • the reading module 50 reads an image on the front side of the document 60 conveyed by the document conveying device 27 (see FIG. 1) in a state where the reading module 50 is stopped immediately below the automatic reading position of the contact glass 25.
  • a mirror array 35 including a light source 31, a flat mirror 33 a, a folding mirror 34, and a plurality of reflecting mirrors whose reflecting surfaces are aspherical surfaces. And a diaphragm 37 and a sensor 41 as a reading means.
  • the sensor 41 is supported on a sensor substrate 42 (see FIG. 4), and any one of CCD and CMOS image sensors is used depending on the design.
  • the reading module 50 has a home position immediately below a shading plate (not shown) for acquiring white reference data.
  • the document 60 when reading a document image by the document fixing method, first, the document 60 is placed on the contact glass 25 with the image surface facing downward.
  • the reading module 50 is moved from the scanner home side to the scanner return side at a predetermined speed while irradiating the image surface of the original 60 with the light emitted from the light source 31 and passing through the opening 30a.
  • the light reflected on the image surface of the document 60 becomes image light d (indicated by a solid line arrow in FIG. 2), and the light path is changed by the plane mirror 33a and then reflected by the folding mirror 34.
  • the reflected image light d is collected by the mirror array 35, reflected again by the folding mirror 34, passes through the diaphragm 37, and forms an image on the sensor 41.
  • the formed image light d is separated into pixels by the sensor 41, converted into an electric signal corresponding to the density of each pixel, and an image is read.
  • the reading module 50 when reading a document image by the sheet-through method, the reading module 50 is moved directly below the image reading area (image reading position) of the contact glass 25. Then, the image surface of the document 60 that is sequentially conveyed while being lightly pressed toward the image reading area by the document conveying device 27 is irradiated with light from the light source 31. Then, the image light d reflected on the image plane is imaged on the sensor 41 via the plane mirror 33a, the folding mirror 34, the mirror array 35, the folding mirror 34, and the diaphragm 37, and the image is read.
  • the mirror array 35 and the diaphragm portion 37 are integrally formed of the same material and are unitized as an optical unit 40.
  • integrally forming the mirror array 35 and the diaphragm 37 the relative position between the mirror array 35 and the diaphragm 37 can be held with high accuracy. Thereby, it is possible to suppress the deterioration of the imaging performance due to the relative position changing due to the mirror array 35 and the diaphragm 37 expanding or contracting due to the temperature change.
  • the folding mirror 34 is installed at a position facing the mirror array 35.
  • the folding mirror 34 has both a light beam (image light d) incident on the mirror array 35 from the original 60 via the plane mirror 33a and a light beam (image light d) reflected by the mirror array 35 and incident on the aperture 37. To reflect.
  • the image light d reflected by the reading regions Ra, Rb (see FIG. 5) of the document 60 divided in the main scanning direction is reflected by the plane mirror 33a and the folding mirror 34 (see FIG. 5). 2), the light path is changed and enters the reflection mirrors 35a, 35b, 35c... Of the mirror array 35.
  • the image light d is reduced to a predetermined reduction magnification by the reflecting mirrors 35a, 35b, 35c,..., Reflected again by the folding mirror 34, and then passes through the diaphragm 37 to form a corresponding image on the sensor 41.
  • An image is formed as an inverted image in the regions 41a, 41b (see FIG. 5).
  • each imaging region 41a, 41b, ... is converted into a digital signal. Therefore, the data is interpolated according to the reduction magnification for each imaging region 41a, 41b, ..., and the magnification is enlarged. After correcting and reversing the data to make an upright image, an output image is formed by joining the images in the respective imaging regions 41a, 41b.
  • the diaphragm unit 37 is disposed at the focal point of each of the reflection mirrors 35a, 35b, 35c,... Constituting the mirror array 35, the physical separation distance between the diaphragm unit 37 and the mirror array 35 (the upper and lower parts in FIG. The direction distance is determined by the reduction magnification of the mirror array 35.
  • the optical path length from the mirror array 35 to the diaphragm unit 37 can be ensured by adopting a configuration in which the light beam is reflected twice by the folding mirror 34, and image light d with respect to the mirror array 35. Can be minimized. As a result, it is possible to suppress the curvature of the image formed in each of the imaging regions 41a, 41b.
  • the folding mirror 34 when the folding mirror 34 is divided into a plurality of mirrors, the light reflected at the edge of each mirror becomes stray light and enters the mirror array 35 or the diaphragm 37.
  • the plane mirror 33a is used to reduce the size of the reading module 50 in the height direction, but a configuration in which the plane mirror 33a is not used is also possible.
  • the connection is made according to the document position (the optical path length between the reflection mirror and the document) in the area corresponding to each of the reflection mirrors 35a, 35b, 35c. If the image magnification is different, when the document is lifted from the contact glass 25, the images overlap or separate at positions adjacent to the boundary portions of the reflecting mirrors 35a, 35b, 35c.
  • a telecentric optical system is formed between the document 60 and the mirror array 35.
  • the telecentric optical system is characterized in that the principal ray of the image light d that passes through the center of the diaphragm 37 is perpendicular to the document surface.
  • the imaging magnification of each of the reflecting mirrors 35a, 35b, 35c,... Does not change even if the document position changes, so that there is no image blur even when the document 60 is read in small areas.
  • a deep reading module 50 can be obtained.
  • the principal ray needs to be perpendicular to the document surface regardless of the document position, the mirror array 35 having a size in the main scanning direction equal to or larger than the document size is required.
  • the image light d reflected by the respective reflecting mirrors 35 a, 35 b, 35 c... And passing through the diaphragm 37 forms an image on a predetermined region on the sensor 41.
  • the image light d outside the reading area may enter the area adjacent to the predetermined area on the sensor 41 as stray light.
  • FIG. 5 is a partial enlarged view showing an optical path between the reflection mirrors 35a and 35b and the sensor 41 in FIG.
  • the light from the reading areas Ra and Rb corresponding to the reflecting mirrors 35 a and 35 b forms an image on the corresponding imaging areas 41 a and 41 b on the sensor 41.
  • the light rays inside the chief rays hatchched areas in FIG. 5 are imaged on the sensor 41 by the reflecting mirrors 35a and 35b.
  • the light reflected by the reflection mirror 35a enters the adjacent imaging region 41b
  • the light reflected by the reflection mirror 35b enters the adjacent imaging region 41a. Since these imaging lights are inverted images corresponding to different reading areas although the amount of light is weak, an abnormal image is formed when they overlap with the images that should be originally formed in the imaging areas 41a and 41b.
  • the imaging magnification of each of the reflecting mirrors 35a, 35b, 35c,... Of the mirror array 35 is set as a reduction magnification, and as shown in FIG. A light shielding wall 43 protruding in the 37 direction is formed.
  • the image light d imaged on the imaging region 41a on the sensor 41 is shielded by the light shielding wall 43 from the outside of the reading region Ra. It is possible to prevent the stray light from entering the imaging region 41b adjacent in the main scanning direction.
  • the imaging magnification of the reflecting mirrors 35a, 35b, 35c,... Is the same magnification, the entire area from the reflecting mirrors 35a, 35b, 35c,. Used to form image light d.
  • a space for forming the light shielding wall 43 cannot be secured at the boundary between the image forming regions 41a, 41b.
  • the optical unit 40 including the mirror array 35 and the diaphragm 37 is preferably manufactured by injection molding with resin in consideration of cost. Therefore, it is necessary to determine the reduction ratio with a predetermined margin (margin) in consideration of expansion and contraction due to a change in the ambient temperature of the reading module 50 (hereinafter referred to as environmental temperature).
  • environmental temperature a predetermined margin
  • the reduction magnification of the reflection mirrors 35a, 35b, 35c,... is reduced, the resolution on the sensor 41 is required when the sensor 41 having a cell size (imaging region) corresponding to the magnification is used, etc. Even when the cell size sensor 41 used for the magnification system is used, the resolution is lowered. Therefore, it is preferable that the reduction ratio is as large as possible.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the image light d incident on the mirror array 35 from the document 60 via the plane mirror 33a using the folding mirror 34, and the image light d reflected on the mirror array 35 and incident on the diaphragm 37. 7 is reflected twice in total, but as shown in FIG. 7, by arranging a plane mirror 33b on the optical unit 40 side, the image light d is reflected three times or more by using the folding mirror 34. Also good.
  • the image reading unit 6 mounted on the image forming apparatus 100 is described as an example of the image reading apparatus.
  • the present invention can be applied to an image scanner used separately from the image forming apparatus 100. can do.
  • the present invention can be used for an image reading apparatus including a reading type reading module in which reflecting mirrors are arranged in an array.
  • an image reading apparatus capable of preventing stray light from entering a sensor with a simple configuration when a sensor chip corresponding to the reduction magnification of each reflecting mirror is arranged adjacent to the base substrate.
  • An image forming apparatus can be provided.

Abstract

読取モジュール（５０）は、原稿（６０）を照射する光源（３１）と、ミラーアレイ（３５）と絞り部（３７）とを備え光源（３１）から原稿（６０）に照射された光の反射光を画像光として結像させる光学系（４０）と、光学系（４０）によって結像された画像光を電気信号に変換する複数の結像領域が配置されるセンサー（４１）と、折り返しミラー（３４）と、を備える。ミラーアレイ（３５）は、反射面が非球面状の凹面である複数の反射ミラー（３５ａ～３５ｃ）が主走査方向にアレイ状に連結される。折り返しミラー（３４）は、各反射ミラー（３５ａ～３５ｃ）に向かう画像光の折り返しと、各反射ミラー（３５ａ～３５ｃ）で反射されて絞り部（３７）に向かう画像光の折り返しを含めて、同一の反射面で画像光を２回以上折り返す。

Description

読取モジュール及びそれを備えた画像読取装置並びに画像形成装置
　本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナー等に用いられる、原稿に光を照射して反射された画像光を読み取る読取モジュール及びそれを備えた画像読取装置並びに画像形成装置に関するものである。
　従来、電子写真プロセスを用いた複合機等に搭載される画像読取装置の光学結像系として、画像を縮小させて結像させる縮小光学系と、画像を縮小せずに等倍の状態で結像させる等倍光学系がある。
　縮小光学系は、原稿サイズよりも小さい（例えば原稿サイズの１／５～１／９のサイズ）イメージセンサーに対して、複数の平面ミラー及び光学レンズを用いて縮小像を結像させて画像を読み取る。縮小光学系におけるイメージセンサーは、ＣＣＤ（Charge　Coupled　Devices）センサーと呼ばれる電荷結合素子を使用する。縮小光学系のメリットとしては、被写界深度が深いということが挙げられる。ここで、被写界深度とは、ピントが正確に合った位置から被写体(ここでは原稿)が光軸方向にずれたとしても、ピントが合っているように見える範囲のことである。つまり、被写界深度が深ければ規定の位置から原稿がずれたとしても、それほど遜色のない画像を読み込むことができることを意味する。
　一方、縮小光学系のデメリットは、光路長（被写体からセンサーまで光が進む距離）が２００～５００ｍｍと非常に長いことが挙げられる。画像読取装置では、この光路長をキャリッジの限られた空間内で確保するために、複数の平面ミラーを用いて光の進行方向を変化させている。このため、部品数が多くなりコストが高くなってしまう。また、光学系にレンズを用いている場合、波長による屈折率の差異によって色収差が発生する。この色収差を補正するために複数枚のレンズが必要となる。このように複数枚のレンズを用いることもコストアップの要因となっている。
　等倍光学系は、特許文献１に示されるように、正立等倍のロッドレンズを複数個アレイ状に並べ、原稿と同等のサイズのイメージセンサー上に結像させて読み取る。等倍光学系におけるイメージセンサーは、ＣＭＯＳ（Complementary　MOS）センサーと呼ばれる光電変換素子を使用する。等倍光学系のメリットとしては、縮小光学系と比較して光路長が１０ｍｍ～２０ｍｍと比較的短く、小型であることが挙げられる。また、ロッドレンズのみを用いて結像させるために縮小光学系で必要なミラーが不要となり、等倍光学系のセンサーを搭載するスキャナーユニットを薄型化することができ、構造が簡単であるため低コストであるということが挙げられる。一方、等倍光学系は被写界深度が非常に小さいため、規定の位置から原稿が光軸方向にずれた時に、個々のレンズの倍率のズレによって像滲みによるボケの影響が大きく現れる。その結果、ブック原稿や凹凸のある原稿を均一に読み取れないというデメリットを有する。
　近年、上記の縮小光学系、等倍光学系とは異なり、特許文献２に開示されているように、結像光学系に反射ミラーアレイを用いて画像を読み取る方式が提案されている。この方式は、複数の反射ミラーをアレイ状に並べ、各反射ミラーに対応した読取領域毎に読み取られた原稿をセンサー上に縮小倒立結像させている。しかし、ロッドレンズアレイを用いる等倍光学系とは異なり、１つの光学系にて１つの領域を読み取り結像させる。また、結像方式にテレセントリック光学系を採用することによって、複数の領域別に原稿を読取る際に、倍率の異なる像の重なり合いによる像滲みの発生は無く、画像ボケを抑制し、複眼読取方式を成立させている。
　さらに、この方式では光学系にミラーのみを用いているため、光学系にレンズを用いる場合とは異なり、色収差が発生することはない。よって色収差に関する補正は必要なく、光学系を構成するエレメント数を少なくすることができる。
特開２００３－１２１６０８号公報 米国特許第８３４５３２５号明細書
　ところで、特許文献２のようにミラーアレイのみで光学系を構成する場合、集光するためにはミラーアレイを構成する反射ミラーの反射面を凹面形状にする必要がある。また、原稿面とセンサー面とを同一光軸上に配置することはできないため、図８に示すように原稿面からの画像光を反射面１０１に対して角度をつけて入射させると、反射面１０１の中央と端部とで光線の入射位置が異なるために反射面１０１から出射した光が湾曲する。その結果、原稿面上で直線である画像１０２がセンサー面上で湾曲した画像１０２′となってしまう。
　特許文献２の構成ではミラーアレイを２面使用することにより、１面目で発生した光の湾曲を２面目で打ち消すことが可能である。しかし、ミラーアレイを２面設けるため光路が複雑になるとともに、読取装置のコストアップに繋がるという問題点があった。
　本発明は、上記問題点に鑑み、凹面形状の反射ミラーをアレイ状に並べたミラーアレイを用いてセンサー上に画像光を結像する方式において、反射ミラーから出射される光の湾曲を抑制可能な読取モジュール及びそれを備えた画像読取装置並びに画像形成装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、光源と、光学系と、センサーと、折り返しミラーと、を備えた読取モジュールである。光源は、原稿を照射する。光学系は、光源から原稿に照射された光の反射光を画像光として結像させる。センサーは、光学系によって結像された画像光を電気信号に変換する複数の結像領域が主走査方向に隣接して配置される。光学系は、ミラーアレイと、絞り部と、を備える。ミラーアレイは、反射面が非球面状の凹面である複数の反射ミラーが主走査方向にアレイ状に連結される。絞り部は、各反射ミラーと各結像領域との間にそれぞれ設けられ、各反射ミラーで反射された画像光の光量を調整する。各反射ミラーに向かう画像光の光路と絞り部に向かう画像光の光路は同一方向である。折り返しミラーは、ミラーアレイと対向する位置に設けられ、各反射ミラーで反射された画像光を絞り部の方向に折り返す。折り返しミラーは、各反射ミラーに向かう画像光の折り返しと、各反射ミラーで反射されて絞り部に向かう画像光の折り返しを含めて、同一の反射面で画像光を２回以上折り返す。
　本発明の第１の構成によれば、折り返しミラーで画像光を２回以上折り返すことにより、ミラーアレイから絞り部までの光路長を確保することができ、ミラーアレイに対する画像光の入反射角度を最小にすることができる。その結果、各結像領域に結像される画像の湾曲を抑制することができる。また、読取モジュールのコンパクト化にも寄与する。
本発明の読取モジュール５０を用いる画像読取部６を備えた画像形成装置１００の全体構成を示す側面断面図 画像読取部６内に搭載される本発明の一実施形態に係る読取モジュール５０の内部構造を示す側面断面図 本実施形態の読取モジュール５０の内部構造を示す部分斜視図 本実施形態の読取モジュール５０内の光学ユニット４０とセンサー４１との間の構成を、光線を透過させたモデルで示す平面断面図 図４における反射ミラー３５ａ、３５ｂとセンサー４１との間の光路を示す部分拡大図であって、読取領域Ｒａ、Ｒｂの外側からの光が反射ミラー３５ａ、３５ｂによってセンサー４１上に結像される様子を示す図 反射ミラー３５ａとセンサー４１上の結像領域４１ａとの間の光路を示す部分拡大図であって、結像領域４１ａの境界部に遮光壁４３を設けた構成を示す図 本実施形態の読取モジュール５０の変形例を示す部分断面図であって、折り返しミラー３４で画像光ｄを３回反射させる構成を示す図 凹面形状の反射面１０１で入射光及び反射光を分離した場合の画像湾曲を示す図
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の読取モジュール５０を用いる画像読取部６を備えた画像形成装置１００の概略構成図である。図１において、画像形成装置１００（ここでは一例としてデジタル複合機を示す）では、コピー動作を行う場合、後述する画像読取部６において原稿の画像データを読み取り画像信号に変換する。一方、複合機本体２内の画像形成部３において、図１中の時計回り方向に回転する感光体ドラム５が帯電ユニット４により一様に帯電される。そして、露光ユニット（レーザー走査ユニット等）７からのレーザービームにより、感光体ドラム５上に画像読取部６で読み取られた原稿画像データに基づく静電潜像が形成される。形成された静電潜像に現像ユニット８により現像剤（以下、トナーという）が付着されてトナー像が形成される。この現像ユニット８へのトナーの供給はトナーコンテナ９から行われる。
　上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム５に向けて、給紙機構１０から用紙が用紙搬送路１１及びレジストローラー対１２を経由して画像形成部３に搬送される。給紙機構１０は、給紙カセット１０ａ、１０ｂと、その上方に設けられるスタックバイパス（手差しトレイ）１０ｃと、を備える。搬送された用紙は、感光体ドラム５と転写ローラー１３（画像転写部）のニップ部を通過することにより感光体ドラム５の表面におけるトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された用紙は感光体ドラム５から分離され、定着ローラー対１４ａを有する定着部１４に搬送されてトナー像が定着される。定着部１４を通過した用紙は、用紙搬送路１５の分岐点に設けられた経路切換機構２１、２２によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、反転搬送路１６に送られて両面コピーされた後に）、第１排出トレイ１７ａ、第２排出トレイ１７ｂから成る用紙排出部に排出される。
　トナー像の転写後に感光体ドラム５の表面に残存するトナーはクリーニング装置１８によって除去される。また、感光体ドラム５の表面の残留電荷は、感光体ドラム５の回転方向に対してクリーニング装置１８の下流側に設けられた除電装置（図示せず）によって除去される。
　複合機本体２の上部には画像読取部６が配置されている。画像読取部６のコンタクトガラス２５（図２参照）上に載置される原稿を押さえて保持するプラテン（原稿押さえ）２４が開閉可能に設けられている。プラテン２４上には原稿搬送装置２７が付設されている。
　更に、複合機本体２内には、画像形成部３、画像読取部６、原稿搬送装置２７等の動作を制御する制御部（ＣＰＵ）９０が配置されている。
　図２は、画像読取部６に搭載される本発明の一実施形態に係る読取モジュール５０の内部構造を示す側面断面図、図３は、本実施形態の読取モジュール５０における、原稿６０からセンサー４１までの光路を示す斜視図、図４は、本実施形態の読取モジュール５０内の光学ユニット４０とセンサー４１との間の構成を示す平面断面図である。なお、図４において光学ユニット４０を構成するミラーアレイ３５は光線を反射するが、図４では説明の便宜のため光学ユニット４０に対して光線を透過させたモデルを示している。
　読取モジュール５０は、副走査方向（矢印ＡＡ′方向）に移動しながらコンタクトガラス２５上に載置された原稿６０の表面側（図２の下面側）の画像を読み取る。また、読取モジュール５０は、コンタクトガラス２５の自動読取位置の直下に停止した状態で原稿搬送装置２７（図１参照）により搬送される原稿６０の表面側の画像を読み取る。
　図２に示すように、読取モジュール５０の筐体３０内には、光源３１と、平面ミラー３３ａと、折り返しミラー３４と、反射面が非球面である複数の反射ミラーで構成されるミラーアレイ３５と、絞り部３７と、読取手段としてのセンサー４１が備えられている。センサー４１はセンサー基板４２（図４参照）に支持されており、ＣＣＤ及びＣＭＯＳのうちいずれかのイメージセンサーを設計に応じて用いる。また、読取モジュール５０は、白色基準データを取得するためのシェーディング板（図示せず）の直下をホームポジションとしている。
　上記構成において、原稿固定方式で原稿画像を読み取る場合、先ず、原稿６０をコンタクトガラス２５上に画像面を下向きにして載置する。そして、光源３１から出射され、開口３０ａを通過した光により原稿６０の画像面を照射しながら、読取モジュール５０をスキャナーホーム側からスキャナーリターン側へ所定の速度で移動させる。その結果、原稿６０の画像面で反射された光は画像光ｄ（図２の実線矢印で示す）となり、平面ミラー３３ａによって光路が変更された後、折り返しミラー３４で反射される。反射された画像光ｄはミラーアレイ３５により集光され、折り返しミラー３４で再び反射された後、絞り部３７を通過してセンサー４１上に結像される。結像された画像光ｄはセンサー４１において画素分解され、各画素の濃度に応じた電気信号に変換されて画像の読み取りが行われる。
　一方、シートスルー方式で原稿画像を読み取る場合は、読取モジュール５０をコンタクトガラス２５の画像読取領域（画像読取位置）の直下に移動させる。そして、原稿搬送装置２７によって画像読取領域に向けて軽く押圧されながら順次搬送される原稿６０の画像面を光源３１からの光で照射する。そして、画像面で反射された画像光ｄを平面ミラー３３ａ、折り返しミラー３４、ミラーアレイ３５、折り返しミラー３４、絞り部３７を介してセンサー４１上に結像させて画像の読み取りが行われる。
　図３に示すように、ミラーアレイ３５と絞り部３７は同一の材料で一体形成されており、光学ユニット４０としてユニット化されている。ミラーアレイ３５と絞り部３７とを一体形成することにより、ミラーアレイ３５と絞り部３７との相対位置を高精度で保持することができる。これにより、温度変化によってミラーアレイ３５や絞り部３７が膨張或いは収縮して相対位置が変化することによる結像性能の劣化を抑制することができる。
　折り返しミラー３４はミラーアレイ３５と対向する位置に設置される。折り返しミラー３４は、原稿６０から平面ミラー３３ａを介してミラーアレイ３５に入射する光線（画像光ｄ）、及び、ミラーアレイ３５で反射されて絞り部３７へ入射する光線（画像光ｄ）の両方を反射する。
　図４に示すように、センサー４１に画像光ｄを結像するミラーアレイ３５は、センサー４１の所定領域に対応する複数枚の反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・が主走査方向（矢印ＢＢ′方向）にアレイ状に連結した構成である。
　本実施形態の構成によれば、主走査方向に分割された原稿６０の各読取領域Ｒａ、Ｒｂ・・・（図５参照）で反射された画像光ｄは平面ミラー３３ａおよび折り返しミラー３４（図２参照）によって光路が変更され、ミラーアレイ３５の反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・に入射する。画像光ｄは、各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・によって所定の縮小倍率に縮小され、折り返しミラー３４によって再び反射された後、絞り部３７を通過してセンサー４１上の対応する結像領域４１ａ、４１ｂ・・・（図５参照）に倒立像として結像する。
　各結像領域４１ａ、４１ｂ・・・に結像された倒立像は、デジタル信号に変換されるため、各結像領域４１ａ、４１ｂ・・・毎に縮小倍率に応じてデータ補間して倍率拡大補正を行い、データを反転させて正立画像とした後、各結像領域４１ａ、４１ｂ・・・の画像を繋ぎ合わせることで出力画像の形成を行う。
　また、絞り部３７はミラーアレイ３５を構成する各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の焦点に配置されるため、絞り部３７とミラーアレイ３５との物理的な離間距離（図２の上下方向の距離）はミラーアレイ３５の縮小倍率によって定まる。本実施形態の読取モジュール５０では、折り返しミラー３４で光線を２回反射させる構成とすることにより、ミラーアレイ３５から絞り部３７までの光路長を確保することができ、ミラーアレイ３５に対する画像光ｄの入反射角度を最小にすることができる。その結果、各結像領域４１ａ、４１ｂ・・・に結像される画像の湾曲を抑制することができる。
　また、折り返しミラー３４が複数枚のミラーに分割されている場合、各ミラーのエッジ部で反射された光が迷光となってミラーアレイ３５或いは絞り部３７に入射してしまう。本実施形態のように折り返しミラー３４として一枚の平面ミラーを用いることにより、折り返しミラー３４上で両方の光線の重なり合いが発生した場合でも迷光の影響を受けない。なお、本実施形態では読取モジュール５０の高さ方向のサイズを小さくするため平面ミラー３３ａを用いているが、平面ミラー３３ａを用いない構成も可能である。
　本実施形態のようにミラーアレイ３５を用いた複眼読取方式では、各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・に対応する領域での原稿位置（反射ミラーと原稿との間の光路長）によって結像倍率が異なると、コンタクトガラス２５から原稿が浮いた場合、各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の境界部に隣接した位置で像が重なったり離れたりするため異常画像となる。
　本実施形態では、原稿６０からミラーアレイ３５までの間をテレセントリック光学系としている。テレセントリック光学系は、絞り部３７の中心を通過する画像光ｄの主光線が原稿面に対して垂直であるという特徴を有する。これにより、原稿位置が変化しても各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の結像倍率は変化しないため、原稿６０を細かい領域に分けて読み取った場合でも像滲みのない、被写界深度の深い読取モジュール５０とすることができる。但し、原稿位置に関係なく主光線を原稿面に対して垂直にしておく必要があるため、主走査方向のサイズが原稿サイズと同等以上のミラーアレイ３５が必要である。
　上述したようなミラーアレイ３５を用いた複眼読取方式では、各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・によって反射され、絞り部３７を通過した画像光ｄがセンサー４１上の所定領域に結像するとき、読み取り領域外の画像光ｄがセンサー４１上の所定領域に隣接する領域に迷光となって入射するおそれがある。
　図５は、図４における反射ミラー３５ａ、３５ｂとセンサー４１との間の光路を示す部分拡大図である。図５に示すように、各反射ミラー３５ａ、３５ｂに対応する読取領域Ｒａ、Ｒｂからの光がセンサー４１上の対応する結像領域４１ａ、４１ｂに結像する。ここで、読取領域Ｒａ、Ｒｂの外側からの光であっても主光線よりも内側の光線（図５のハッチング領域）については反射ミラー３５ａ、３５ｂによってセンサー４１上に結像される。具体的には、反射ミラー３５ａで反射された光が隣接する結像領域４１ｂに入射し、反射ミラー３５ｂで反射された光が隣接する結像領域４１ａに入射する。これらの結像光は、光量は微弱であるが異なる読取領域に対応する倒立像であるため、結像領域４１ａ、４１ｂで本来結像するべき像と重なると異常画像となる。
　そこで、本実施形態ではミラーアレイ３５の各反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の結像倍率を縮小倍率とし、図６に示すようにセンサー４１の結像領域４１ａ、４１ｂの境界から絞り部３７方向に突出する遮光壁４３を形成している。
　このとき、図６に示すように、例えばセンサー４１上の結像領域４１ａに結像する画像光ｄは、読取領域Ｒａの外側からの光が遮光壁４３によって遮光されるため、結像領域４１ａの主走査方向に隣接する結像領域４１ｂに迷光となって入射するのを防止することができる。ここで、反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の結像倍率を等倍とすると、反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・によって各結像領域４１ａ、４１ｂ・・・の境界に至る全域が画像光ｄの結像に用いられる。その結果、各結像領域４１ａ、４１ｂ・・・の境界に遮光壁４３を形成するための空間が確保できない。遮光壁４３を形成する空間を確保するためには、前述したように反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の結像倍率を縮小倍率とすることが必要である。
　ミラーアレイ３５、絞り部３７を含む光学ユニット４０は、コスト面を考慮して樹脂による射出成型で作製されることが望ましい。そのため、読取モジュール５０の周囲温度（以下、環境温度という）の変化による膨張や収縮を考慮して、所定の裕度（マージン）をもって縮小倍率を決定する必要がある。しかし、反射ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・の縮小倍率を小さくすると、その倍率に対応したセルサイズ（結像領域）のセンサー４１を使用した場合にセンサー４１上での分解能が必要となり、等倍系に用いられるセルサイズのセンサー４１を使用した場合でも解像度が低下する。そのため、縮小倍率はできるだけ大きい方が好ましい。
　その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、折り返しミラー３４を用いて原稿６０から平面ミラー３３ａを介してミラーアレイ３５に入射する画像光ｄ、及び、ミラーアレイ３５で反射されて絞り部３７へ入射する画像光ｄを１回ずつ計２回反射させているが、図７に示すように光学ユニット４０側に平面ミラー３３ｂを配置することにより、折り返しミラー３４を用いて画像光ｄを３回以上反射させる構成としても良い。
　また、上記実施形態では、画像読取装置として画像形成装置１００に搭載される画像読取部６を例に挙げて説明したが、画像形成装置１００と別体で用いられるイメージスキャナーにも全く同様に適用することができる。
　本発明は、反射ミラーをアレイ状に並べる読取方式の読取モジュールを備えた画像読取装置に利用可能である。本発明の利用により、各反射ミラーの縮小倍率に対応したセンサーチップをベース基板上に隣接して配置した場合のセンサーへの迷光の入射を簡易な構成で防止可能な画像読取装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

Claims (7)

  1. 　原稿を照射する光源と、
    　該光源から原稿に照射された光の反射光を画像光として結像させる光学系と、
    　該光学系によって結像された画像光を電気信号に変換する複数の結像領域が主走査方向に隣接して配置されたセンサーと、
    を備え、
    　前記光学系は、
    　反射面が非球面形状の凹面である複数の反射ミラーが主走査方向にアレイ状に連結されたミラーアレイと、
    　前記各反射ミラーと前記センサーの前記各結像領域との間にそれぞれ設けられ、前記各反射ミラーで反射された画像光の光量を調整する複数の絞り部と、
    を備え、
    　前記各反射ミラーに向かう画像光の光路と前記絞り部に向かう画像光の光路は同一方向であり、前記各反射ミラーで反射された画像光を前記絞り部の方向に折り返す折り返しミラーが前記ミラーアレイと対向する位置に配置されており、
    　前記折り返しミラーは、前記各反射ミラーに向かう画像光の折り返しと、前記各反射ミラーで反射されて前記絞り部に向かう画像光の折り返しを含めて、同一の反射面で画像光を２回以上折り返すことを特徴とする読取モジュール。
  2. 　前記ミラーアレイと前記絞り部とが一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の読取モジュール。
  3. 　前記光学系は、前記ミラーアレイの原稿側で画像光が光軸と平行となるテレセントリック光学系であり、前記センサー上に倒立像を結像することを特徴とする請求項１に記載の読取モジュール。
  4. 　前記各反射ミラーの前記各結像領域に対する結像倍率は縮小倍率に設定されており、
    　前記各結像領域の境界から前記絞り部の方向に突出するように形成され、前記各結像領域に入射する迷光を遮光する遮光壁を設けたことを特徴とする請求項３に記載の読取モジュール。
  5. 　前記センサーの前記各結像領域で読み取った画像データを前記縮小倍率に応じてデータ補完して倍率拡大補正を行い、データを反転させて正立画像とした後、各結像領域の画像を結合することで原稿に対応した読取画像を構成することを特徴とする請求項４に記載の読取モジュール。
  6. 　画像読取部の上面に固定されたコンタクトガラスと、
    　該コンタクトガラスに対して上方に開閉可能であり、原稿を前記コンタクトガラスの画像読取位置に搬送する原稿搬送装置と、
    　前記コンタクトガラスの下方に副走査方向に往復移動可能に配置される請求項１に記載の前記読取モジュールと、
    を備え、
    　前記読取モジュールは、前記コンタクトガラス上に載置される原稿の画像を副走査方向に移動しながら読み取り可能であり、且つ、前記画像読取位置に搬送される原稿の画像を前記画像読取位置に対向する位置に停止した状態で読み取り可能である画像読取装置。
  7. 　請求項６に記載の画像読取装置が搭載された画像形成装置。
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