JP2005241681A - 原稿照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤから発光した光を効率よく画像読取装置の受光手段に提供することを目的とする。
【解決手段】 そのために、本発明では、原稿照明装置の集光手段の形状は、前記ＬＥＤ素子に対向した副走査方向の断面が凹面反射面で、該凹面反射面が主走査方向に伸びた長尺反射部材であり、副走査断面の同一の位置に前記複数のＬＥＤ素子を主走査方向に一定間隔をおいて配置した構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像読取装置の原稿照明系の原稿照明光源としてＬＥＤ等の発光素子を用いた原稿照明装置に関するものである。

更に述べれば、ＬＥＤ等の発光素子から放射された発散光を集光部材により効率よく原稿読取位置に集光し、デジタル複写機やイメージリーダー等の機器に好適な原稿照明装置に構成に関するものである。

図６は従来のデジタル複写機やイメージリーダーに用いられる原稿照明装置及び画像読取装置の要部概略図である。

図６において原稿台ガラス７２上に載置された原稿７１はキセノンランプ等の棒状光源である光源手段７３からの直接照明光と対向する位置にある反射部材７４を介した間接照明光により両側から照明される。そして照明された原稿７１の画像情報に基づく反射光（反射光束）はスリット７５で規制されて走査用の第１ミラー７６、第２ミラー７７、第３ミラー７８を介して、結像レンズ７９によりライン状のＣＣＤ等の固体撮像素子８０面上に結像され、原稿７１の濃淡に応じて電気信号に変換され、主走査方向（図６において紙面に対して垂直方向）の１ライン分の画像情報が読取られる。

また副走査方向（図６において矢印Ａ方向）の画像読取りは原稿７１に対して光源手段７３、反射部材７４、スリット７５、そして第１ミラー７６とから成る第１のミラー台８１を副走査方向に移動させ、更に第２ミラー７７と第３ミラー７８とから成る第２のミラー台８２を該第１のミラー台８１の半分の速度で同方向に移動させることにより、原稿７１から固体撮像素子８０までの光路長を一定に保ちつつ走査することで原稿７１の画像情報が読取られる。

また、前述の従来例は、キセノンランプ等の棒状光源である光源手段７３からの直接照明光と対向する位置にある反射部材７４を介した間接照明光により両側から原稿を照明する例だが、対向する位置にも光源手段を設け反射部材を設けずに両側の光源手段から直接に原稿を照明する原稿照明装置もあった。

上記のような光源手段としては、消費電力が低く、また発熱量が少ないことから従来から蛍光灯やキセノンランプ等の蛍光管（ランプ）が多く用いられてきている。

また、上記の光源手段として最近は、ＬＥＤ等の発光素子の発光光量が増加してきている背景もあり、更なる消費電力の低下や発熱量を少なくするため、ＬＥＤ等の発光素子（以下ＬＥＤで代表して記述）を原稿照明光源として採用する画像読取装置も出てきている。その上、ＬＥＤが光源の場合は、キセノンランプ等の光源のよう電源にインバータを必要としないため電気ノイズ放射を低減するという利点も持っている。
特開平１−２０５４８０号公報

しかしながら、現状においてはＬＥＤを原稿照明光源として採用しているのはイメージリーダーの中でも低速の画像読取装置が主体であり、デジタル複写機等に搭載される比較的高速な例えばＡ４原稿を一分間に２０〜５０枚読取るような画像読取装置にまでには採用されていない。

その原因としては、ＬＥＤの発光光量は確かに増加してきているが、デジタル複写機等に搭載される比較的高速な画像読取装置の原稿照明装置の光源として採用するにはまだ発光光量が少ないことがある。そのため更なるＬＥＤ自身の発光光量の増加が望まれるが、一方ではＬＥＤから放射された光を集光手段を用いて、より効率良く原稿読取位置に集光し光の利用効率を上げて原稿照明光量を増加することも必要になる。

そのためＬＥＤから発光する光を有効に集光する集光光学系がいろいろと考えられてきた。例えば、ＬＥＤの前にレンズを置きその集光作用によって照明効率を上げる照明系が考えられてきた。

ただし、そのような照明系ではＬＥＤから前面に発光した光は発散するため垂直方向や斜め方向や水平方向の光をすべて有効に使用するのが難しく集光効率を向上するのが困難であった。また、集光効率を上げようとするとＬＥＤと組み合わされる照明系がスペース的に大きくなる傾向も持っている。

そのため、ＬＥＤから発光した光を対向する凹面状反射面ですべて一度反射させてから前方を照明するような照明系が考えられてきた。そのような照明系としては特許文献１のようにＬＥＤと凹面状反射面を組み合わせることにより、ＬＥＤから発光した光の効率を上げる系があった。

しかしながら上記の特許文献１の従来例では、ＬＥＤからの光を平行状にして２次元状の面光源にして前方方向の照明効率の向上のみを考えられた系であり、本件で問題にしているような画像読取装置におけるＣＣＤ読取位置に集める、つまりライン状の照明領域のみを有効に効率よく照明することに関しては考えられていない。

また、発光面積を増やす記述もあり発光部を複数個設けることも示されているが、特許文献１の図８のように焦点付近に置かれたＬＥＤ発光部と凹面状反射面は一対一の関係になっている。ここで一対一の関係というのはあるＬＥＤから発光した光を前方に効率良く導くのはそのＬＥＤに対向した凹面状反射面だけであり隣接した凹面状反射面は有効に利用されない照明系になっていると言う事である。そのため凹面状反射面をＬＥＤに対向して同じ数だけ形成することが必要になっている。この時、すべての凹面状反射面を同じような精度で作成するのには困難であり反射面の精度が異なるとその部分の明るさのムラが発生するという問題があった。

また、複数個の凹面状反射面を作成するためにコストがかかるという問題もあった。

本発明では、画像読取装置の原稿照明光源としてＬＥＤ等の発光素子を用いそのＬＥＤ等の発光素子を取り囲み発光した光を集光する手段を設けた照明手段において、ＬＥＤ等の発光素子から発光した光ＬＥＤ等の発光素子に対向した副走査方向の断面が凹面反射面で主走査方向には同じ副走査断面形状を延長した長尺反射部材を設け副走査断面の同一の位置に複数個のＬＥＤ等の発光素子を主走査方向に間隔をおいて配置し効率良く画像読取位置に集光する。

以上述べたように本発明の実施することにより、ＬＥＤ光源を取り囲む照明系においてＬＥＤから発光した光を効率よく原稿読取装置に適応させるライン照明状に集光することが可能になる。

（実施例１）
図１は本発明の実施例の画像読取装置における原稿照明装置の要部概略図であり（Ａ）は副走査方向の断面図であり（Ｂ）はそれを斜め方向から見た図である。図１において１はＬＥＤであり、２は前記ＬＥＤを反射する副走査方向には楕円状の反射面を持ち主走査方向には同じ副走査形状で延長された長尺反射面を持った反射部材である。

また、４は原稿３を載置させる原稿台ガラスである。

その原稿台ガラス４面上に載置された原稿３を集光部材２を介したＬＥＤ１から発光した光で照明し、その画像情報に基づく反射光（反射光束）はスリットで規制されて走査用の第１ミラー、第２ミラー、第３ミラーを介して、結像レンズによりライン状のＣＣＤ等の固体撮像素子面上に結像され、原稿の濃淡に応じて電気信号に変換され、図１（Ａ）において紙面に対して垂直方向（主走査方向）の１ライン分の画像情報が読取られる（不図示）。

また図１（Ａ）における矢印Ｆ方向の副走査方向の画像読取りは原稿に対して前記照明系１、２、およびスリット、そして第１ミラーとから成る第１のミラー台を副走査方向に移動させ、更に第２ミラーと第３ミラーとから成る第２のミラー台を該第１のミラー台の半分の速度で同方向に移動させることにより、原稿から固体撮像素子までの光路長を一定に保ちつつ走査することで原稿の画像情報が読取られる（不図示）。

図１（Ａ）にその光線を図示してあるが、実施例では図１の（Ａ）のようにＬＥＤ１から発光した光をＬＥＤ１に対向した楕円面反射面を持つ反射部材２により原稿読取位置に集光している。また、ＬＥＤ１は上記の楕円反射面の焦点近傍に配置されＬＥＤからの光は前面のＬ軸方向に発光される。

上記、実施例の構成を取ることにより、ＬＥＤ１からの発散光を効率よく原稿読取位置に集光でき原稿を明るく照明することができる。また、前記の集光については、図１（Ａ）に示すように副走査方向のＣＣＤによる読取位置、言い換えれば画像読取系（結像系）の光軸Ｍの回りに副走査方向に数ｍｍの幅を持って集光している。

上記の理由を以下に述べる。

画像読取系（結像系）のＣＣＤ読取ライン（受光手段）に対応する光軸Ｍはレンズやミラー等の光学調整時によるズレや原稿の先端から後端に走査する際に生じる誤差のため原稿照明系に対してズレを生じることになる。

そのため原稿照明系の基準の副走査位置、通常は前記照明系１、２、およびスリット、そして第１ミラーとから成る第１のミラー台のスリット中心に対して通常０．２〜１．０ｍｍ程度副走査方向に光軸Ｍが移動する可能性がある。そこで、そのような副走査方向の光軸Ｍと原稿照明系の相対的なズレが発生した時でも原稿照明光量の変動を抑制するため副走査方向に２〜４ｍｍ程度の幅を持った照明領域を確保することが必要になる。つまり、例えば実際のＣＣＤの読取幅４００ＤＰＩ（６３．５μｍ）に比較してかなり広めの変動が少ない照明光量分布領域が必要になる。そのため、原稿台ガラス４上の光軸Ｍとの交点Ｑに反射部材２の楕円反射面の一方の焦点を配置すると集光性が良くなり過ぎるため上記のような変動が少ない照明光量分布領域の確保が困難になってしまう。そのため本発明では図１の（Ａ）のようにＬＥＤ１は対向する集光部材２の楕円面の焦点近傍に配置されるがもう一方の焦点位置は原稿台ガラス４上の光軸Ｍとの交点Ｑから原稿台ガラス４での屈折も考慮してＱから１〜２ｍｍ程度離れたＰに配置される。

上記に副走査方向の集光性について述べたが図１の（Ｂ）のように主走査方向には副走査方向の楕円反射面形状が延長され複数個のＬＥＤ１が配置される。ここでは、分かり易く説明するためにＬＥＤ１と反射部材２のみを取り上げＬＥＤ１も３個にし反射部材２も短めにした例で示してある。実際には原稿照明系の光源としてのＬＥＤ１は更に多数個が配置されることになる。

このように副走査方向には楕円反射面で、かつ主走査方向には同じ楕円形状の長尺反射部材２の副走査方向の焦点近傍に複数個のＬＥＤ１を主走査方向に間隔をおいて配置することで図１の（Ａ）に示すように複数のＬＥＤ１から発光した光は副走査方向の必要とされるＣＣＤ読取幅を効率良く照明することが可能である。

上記のような本発明の実施例について１個のＬＥＤから発光した原稿載置面の光量分布についてシミュレーションを行うと例えば副走査方向の光量分布は図３の（Ａ）のようになり、また主走査方向の光量分布は図３の（Ｂ）のような光量分布になる。前記２つの光量分布データの縦軸は、シミュレーションにおけるある値を１としているので相対光量を示している。このように一個のＬＥＤから副走査方向に約４ｍｍの幅に集光され主走査方向に広い（半値で約３０ｍｍ程度）の幅を持った画像読取装置の原稿照明系に適したライン照明光量分布を実現することができる。

また、上記のデータは１個のＬＥＤから発光した原稿載置面の光量分布を示してあるが、前述のようにＬＥＤ１を副走査方向には楕円反射面で主走査方向には同じ形状の長尺反射部材２の副走査方向の焦点近傍に複数個アレイ状に並べることにより画像読取装置に合わせた照明系としての主走査方向の幅、例えばＡ３原稿とすると短手２９７ｍｍ＋αの幅を照明する原稿照明装置とすることができる。また、図１の（Ａ）の光軸Ｍに対向した反対位置にも上記の照明系を設け光軸Ｍの両側から原稿を照明して照明光量を増加することも考えられる。

また、上記の長尺反射部材２はＬＥＤ等の発光素子に対応する面を鏡面である金属板をプレス成形で作成することも可能であるし樹脂の成形品で作成しＬＥＤ等の発光素子に対応する面を蒸着等により鏡面に処理することで作成することでできる。

上記のように長尺反射部材２を作成することによりコストも安価にまた一つの部品として作成することも主走査に同一形状をしているので分割して作成して主走査方向につないで作成することも可能である。

（実施例２）
前記実施例は、本発明を分かり易く説明するためにＬＥＤ１は点光源のように示されているがＬＥＤ１が有限の大きさを持った面光源の時でも本発明の本質は変わらない。

ただし、ＬＥＤ１自体による照明光の遮光が一部で発生してしまう。しかしながら図２に示すように主走査方向においてはＬＥＤ１の間隔ピッチＮに比較してＬＥＤ１自体の大きさは小さいので影響は少ない。

また、ＬＥＤ１への配線を図２のように斜めにすることにより配線５によるケラレを主走査方向に分散して影響を緩和することができる。

（実施例３）
また、よく知られたように原稿からの反射光束を結像レンズによりＣＣＤ等の固体撮像素子に結像させその原稿の画像情報を読取る光学系においては、結像レンズのＣＯＳ４乗則によりＣＣＤ（受光手段）等の固体撮像素子上の光量は中央に対して周辺で低下してしまう。そのため主走査方向の画像有効領域でほぼフラットな原稿照明光量分布では結像レンズによる周辺光量低下のためＣＣＤ等の固体撮像素子の周辺部出力が低下してノイズの影響が大きくなる。そのためノイズによる影響で画像品質が劣化し特に端部付近の画像情報の品質低下が起こっていた。

その対策としては原稿照明を主走査方向の図３のように周辺で増加することが望ましいが、本発明においては長尺反射部材２が前述のように主走査方向に同一の形状で延長されているため周辺部のＬＥＤ１の間隔ピッチを中央部より密に並べることも可能であり原稿載置ガラス４上の照明光量分布を図２のように中央部から周辺部にいくに従い増加することが可能になる。それにより結像レンズのＣＯＳ４乗則を補うことができる。

本発明の実施例の照明光路図 本発明の実施例の配線の説明図 本発明の実施例３での原稿面照明分布 本発明の実施例の副走査照明分布 本発明の実施例の主走査照明分布 従来の画像読取装置の例

符号の説明

１ ＬＥＤ
２ 反射部材
３ 原稿
４ 原稿ガラス
５ 配線

Claims (8)

1. 画像読取装置の原稿照明光源として複数のＬＥＤ素子を用いそのＬＥＤ素子から発光した光を集光する集光手段を設けた照明手段において、
   前記集光手段の形状は、前記ＬＥＤ素子に対向した副走査方向の断面が凹面反射面で、該凹面反射面が主走査方向に伸びた長尺反射部材であり、副走査断面の同一の位置に前記複数のＬＥＤ素子を主走査方向に一定間隔をおいて配置したことを特徴とする原稿照明装置。
2. 前記集光手段の前記凹面反射面を楕円面で構成しその副走査断面の第１の焦点位置に複数のＬＥＤ素子を主走査方向に一定間隔をおいて配置したことを特徴とする請求項１の記載の原稿照明装置。
3. 前記集光手段の前記凹面反射面を楕円面で構成しその副走査断面の第１の焦点位置に複数のＬＥＤ素子を主走査方向に一定間隔をおいて配置し前記長尺反射部材から第１の焦点位置より遠方の第２の焦点位置を原稿載置板上から異なる位置に設定したことを特徴とする請求項２記載の原稿照明装置。
4. 第２の焦点位置を原稿載置板上と前記画像読取装置の結像レンズの光軸の交点から１ｍｍ以上〜２ｍｍ以内の範囲で離したことを特徴とする請求項３記載の原稿照明装置。
5. 前記集光手段の前記凹面反射面をプレス成形加工した鏡面である金属板とし、たことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の原稿照明装置。
6. 前記集光手段の前記凹面反射面を鏡面処理を施した樹脂の成形品としたこと特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の原稿照明装置。
7. 前記画像読取装置の主走査方向の中心より周辺部において主走査方向のＬＥＤ素子が配置される間隔を密としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の原稿照明装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項記載の原稿照明装置と、結像レンズと、受光手段を備えた画像読取装置。

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