JP2006017951A - Document illuminating device, image reading unit, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナ等の読み取り装置に使用される原稿照明装置に関する。 The present invention relates to a document illumination device used in a reading device such as a digital copying machine or an image scanner.
近年、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下、LEDと称す)の開発が活発に行われており、LED素子の明るさは急激に高まっている。LEDは、一般的に長寿命、高効率、高耐G性、単色発光などの利点を有しており、多くの照明分野への応用が期待されている。その用途の一つとして、デジタル複写機やイメージスキャナーのような画像読み取り装置の原稿照明装置がある。 In recent years, a light emitting diode (hereinafter referred to as an LED) has been actively developed, and the brightness of the LED element has been rapidly increased. LEDs generally have advantages such as long life, high efficiency, high G resistance, and monochromatic light emission, and are expected to be applied in many lighting fields. One of the applications is a document illumination device for an image reading device such as a digital copying machine or an image scanner.
図19は画像読み取り装置を有する画像形成装置の模式図である。
同図において符号100は画像形成部、200は画像読み取り部をそれぞれ示す。その他の符号は説明中で直接引用する。
画像形成部100は、ドラム状の潜像担持体111を有し、その周囲に帯電手段としての帯電ローラ112、現像装置113、転写ローラ114、クリーニング装置115が配備されている。帯電手段としては「コロナチャージャ」を用いることもできる。更に、画像読み取り部等、外部からの原稿情報を受けてレーザビームLBにより光走査を行う光走査装置117が設けられ、帯電ローラ112と現像装置113との間で「光書込による露光」を行うようになっている。
FIG. 19 is a schematic diagram of an image forming apparatus having an image reading apparatus.
In the figure,
The
画像形成を行うときは、光導電性の感光体である像担持体111が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ112により均一帯電され、光走査装置117のレーザビームLBの光書込による露光を受けて静電潜像が形成される。形成された静電潜像は所謂「ネガ潜像」であって画像部が露光されている。転写紙Pを収納したカセット118は、画像形成装置100本体に脱着可能であり、同図のごとく装着された状態において、収納された転写紙Pの最上位の1枚が給紙コロ120により給紙され、給紙された転写紙Pは、その先端部をレジストローラ対119に捕らえられる。レジストローラ対119は、像担持体111上のトナー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて、転写紙Pを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Pは、転写部においてトナー画像と重ね合わせられ転写ローラ114の作用によりトナー画像を静電転写される。トナー画像を転写された転写紙Pは定着装置116へ送られ、定着装置116においてトナー画像を定着され、搬送路121を通り、排紙ローラ対122によりトレイ123上に排出される。トナー画像が転写された後の像担持体111の表面は、クリーニング装置115によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。潜像担持体111は光導電性の感光体であり、その均一帯電と光走査とにより静電潜像が形成され、形成された静電潜像がトナー画像として可視化される。
When forming an image, the
画像読み取り部200は、原稿202がコンタクトガラス201の上に配置され、コンタクトガラス201の下部に配置された第1走行体203に搭載された、図示しない照明部により原稿202が照明される。原稿202からの反射光は、第1走行体203の第1ミラー203aにより反射され、その後、第2走行体204の第1ミラー204aと第2ミラー204bで反射され、縮小結像レンズ205へ導かれ、ラインセンサー206上に結像される。ラインセンサー206によって画像の主走査が行われる。
原稿の長手方向を読み取る場合は、第1走行体203がVの速度で同図の右方向へ移動し、それと同時に第2走行体204が第1走行体203の半分の速度1/2Vで右方向へ移動して副走査が行われ、原稿全体を読み取る。
通常、画像読み取り装置に用いられる原稿照明装置は、原稿を照らすために、原稿幅とほぼ同じ長さが必要とされるため、原稿照明装置としてのLEDの使用方法としては、LED素子を主走査方向に多数個並べ、アレイ状にして用いる。
In the
When reading the longitudinal direction of the document, the first traveling
Normally, a document illumination device used for an image reading device requires a length approximately the same as the document width to illuminate a document. Therefore, as a method of using an LED as a document illumination device, an LED element is used for main scanning. A large number are arranged in the direction and used in an array.
ただし、現状のLEDは上述したような優れた特性を有しているものの、画像読み取り装置の照明装置として用いるには、素子1個1個の絶対的な明るさが足りないため、低速読み取り機器や、コンパクト性重視の機器を中心に用いられており、高速読み取り機器や、大型機器には、主に冷陰極蛍光ランプが用いられている。
図20はLEDアレイで直接原稿面を照明する状態を示す概念図である。同図(a)は主走査方向断面、同図(b)は副走査方向断面を示す図であり、曲線は照度分布を模式的に示している。
同図において符号101はLED、102はコンタクトガラス、103は原稿面などの被照明面をそれぞれ示す。
複数のLED101からなるLEDアレイはコンタクトガラス102の下面に配置され、原稿面103としてのコンタクトガラス上面を照明する。
上記問題点を補うために、例えばLEDアレイを被照明面103に接近させることで明るく照明しようとすると、図20(a)に点線で示すLED1個1個の明るさムラが、合成されても実線で示すように主走査方向に照度ムラとなって現れてしまう。反対にLEDアレイを被照明面103から遠ざけると、光は拡散し、明るく照明することができない。
However, although current LEDs have excellent characteristics as described above, the absolute brightness of each element is insufficient for use as an illuminating device of an image reading device, so that a low-speed reading device is used. In addition, it is used mainly for devices that emphasize compactness, and cold cathode fluorescent lamps are mainly used for high-speed reading devices and large devices.
FIG. 20 is a conceptual diagram showing a state in which the document surface is directly illuminated by the LED array. FIG. 4A is a cross-sectional view in the main scanning direction, FIG. 4B is a cross-sectional view in the sub-scanning direction, and the curve schematically shows the illuminance distribution.
In the figure,
An LED array composed of a plurality of
In order to make up for the above problem, for example, when the LED array is made to illuminate brightly by approaching the illuminated surface 103, even if the brightness unevenness of each LED indicated by the dotted line in FIG. As indicated by the solid line, illuminance unevenness appears in the main scanning direction. Conversely, when the LED array is moved away from the illuminated surface 103, the light diffuses and cannot be illuminated brightly.
図21、図22は棒状光源を用いた照明装置の断面図である。
両図において符号301は冷陰極蛍光ランプのような棒状光源、302、304は光学要素として部分円筒状の凹面反射部を有する鏡面部材、303は原稿面などの被照明面、4は被照明面上の副走査方向の照度分布曲線をそれぞれ示す。なお、簡略化のため鏡面部材は反射面のみで代用する。
棒状光源用反射鏡の用い方としては、図21に示すように、低効率ではあるが光を集め過ぎずに、原稿面を幅広く照明するか、あるいは、複数の平面の組み合わせによって適当な照度分布を作るような構成が提案されている(例えば、特許文献1 参照。)。
ここで、棒状光源ではどのように光量増加を図るかというと、両図に示すように、棒状光源1から反射される光を部分円筒状の鏡面部材2で反射させることで、原稿面3上に光を集める方法が主に用いられている。ここで部分円筒状というのは、シリンドリカルとも称されており、断面が円、楕円、放物線、双曲線などの2次曲線の一部、もしくはそれに近い形を有し、棒状光源の長さ方向に光源の長さ、あるいは被照明面の長さ(主走査領域の長さ)とほぼ同程度の長さを有している形を言う。
21 and 22 are cross-sectional views of an illumination device using a rod-shaped light source.
In both figures, reference numeral 301 is a rod-like light source such as a cold cathode fluorescent lamp, 302 and 304 are mirror members having a partially cylindrical concave reflecting portion as an optical element, 303 is an illuminated surface such as a document surface, and 4 is an illuminated surface. The upper illuminance distribution curves in the sub-scanning direction are respectively shown. For the sake of simplification, the mirror surface member is replaced with only the reflective surface.
As shown in FIG. 21, the reflecting mirror for the rod-shaped light source can be used to illuminate the document surface broadly without collecting too much light, or to provide an appropriate illuminance distribution by combining a plurality of planes. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
Here, how to increase the amount of light in the rod-shaped light source is as follows. As shown in both drawings, the light reflected from the rod-shaped
図23はデジタル複写機やイメージスキャナの受光素子の位置関係を示す模式図である。
同図において符号305は結像レンズ、306は受光素子、307は単体受光部をそれぞれ示す。
デジタル複写機やイメージスキャナにおいては、同図に示すように、原稿からの反射光は結像レンズ305を介して受光素子306の単体受光部7で受光する。CCDセンサなどの受光素子306は単体受光部307の幅が通常0.05〜0.1mm程度と狭い。すなわち、等倍結像の場合で有れば、原稿面上でもそれと等しい狭い幅の領域しか読み取れないことになる。光源の光を鋭く集光させてしまうと、ミラー角度のずれなどによる照明位置ずれによって、照度分布曲線の位置がずれ、単体受光部307に達する光量が大きく変化し、形成される画像に大きく影響を与えることになってしまう。
同図は等倍センサを用いる例を示しているが、縮小光学系を用いて例えば10分の1に縮小結像させる場合でも、単体受光部307に結像する原稿側の照明領域の幅は、大きくても1mm程度にしかならないので、上記問題点は同じである。
FIG. 23 is a schematic diagram showing the positional relationship of light receiving elements of a digital copying machine or an image scanner.
In the figure, reference numeral 305 denotes an imaging lens, 306 denotes a light receiving element, and 307 denotes a single light receiving unit.
In the digital copying machine and the image scanner, as shown in the figure, the reflected light from the original is received by the single
This figure shows an example using an equal-magnification sensor, but the width of the illumination area on the side of the original image formed on the single light receiving unit 307 is, for example, even when a reduction optical system is used to reduce the image to 1/10. The problem is the same because it is only about 1 mm at most.
図24は照度分布曲線の変化と読み取り位置との関係を示す図である。同図(a)、(b)は照度分布曲線の幅が比較的狭い場合、同図(c)、(d)は照度分布曲線の幅が比較的広い場合をそれぞれ示す。ここで比較的と言ったのは、読み取り領域の幅との関係で見た場合を示す。
同図(a)、(c)は正常に照明されている状態を示す。
デジタル複写機の場合には、受光部の幅がたとえば0.1mm程度と狭いため、同図 (b)に示すように、照度分布曲線の中心位置が読み取り部からずれると、大幅に読み取り領域の照度が落ちてしまう。このため、デジタル複写機やイメージスキャナにおいては、同図(c)、(d)に示すような、副走査対応方向の照度分布曲線が幅広であり、照明の中心位置が読み取り部からずれても読み取り領域の照度差を生じない原稿照明装置が求められる。そのためには、照度分布の最大値の近傍で、読み取りに必要な幅(上記例では最大約1mm)に機構的な誤差等による変動幅を加えた幅(本発明においては、有効照明範囲として少なくとも±1mmを設定した)以上の照度ムラの少ない部分、すなわち、照度の平坦部が有るとよい。
前記平坦部は、機構が確定したときその照度が設計値通りでなくても、モノクロ画像を取り扱う場合、AGCなどの電気的補正で実用に差し支えない範囲の変化率に収まっている部分を言い、変化率は30%くらいまで許容できる。カラー画像を扱う場合は、AGCの問題よりも、三原色の色バランスの崩れを補正できる範囲に収めるため、上記変化率は12%くらいまで許容できる。
FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the change in the illuminance distribution curve and the reading position. FIGS. 4A and 4B show the case where the width of the illuminance distribution curve is relatively narrow, and FIGS. 3C and 3D show the case where the width of the illuminance distribution curve is relatively wide. Here, “relative” means a case where it is viewed in relation to the width of the reading area.
(A), (c) of the same figure shows the state illuminated normally.
In the case of a digital copying machine, since the width of the light receiving portion is as narrow as about 0.1 mm, for example, if the center position of the illuminance distribution curve deviates from the reading portion as shown in FIG. Illuminance falls. For this reason, in a digital copying machine or an image scanner, the illuminance distribution curve in the sub-scanning corresponding direction as shown in FIGS. 3C and 3D is wide, and the center position of the illumination is shifted from the reading unit. There is a need for a document illumination device that does not produce a difference in illuminance in the reading area. For that purpose, in the vicinity of the maximum value of the illuminance distribution, the width required for reading (maximum of about 1 mm in the above example) plus a variation due to a mechanical error or the like (in the present invention, at least as an effective illumination range) It is preferable that there is a portion with less illuminance unevenness (ie, ± 1 mm is set), that is, a flat portion with illuminance.
The flat part means a part that falls within a rate of change in a range that can be put into practical use by electrical correction such as AGC when handling a monochrome image even if the illuminance is not as designed when the mechanism is determined, The rate of change is acceptable up to about 30%. When a color image is handled, the rate of change is acceptable up to about 12% because it falls within a range in which the collapse of the color balance of the three primary colors can be corrected rather than the AGC problem.
本出願人が先に、略板状の導光板によって光利用効率が高く、均一な照明を行うことができる照明装置を提案した(特許文献2 参照。)。その提案によれば、両サイドの反射面に回折格子を設けることによって、主走査方向の照度分布均一化を図ることが可能となる。
しかし、このような透明部材に回折格子を設けることは、コスト高になる上に、適切な配置にしなければ、副走査方向に照度平坦部を作ることはできない。
The present applicant has previously proposed an illuminating device that can perform uniform illumination with high light utilization efficiency by a substantially plate-shaped light guide plate (see Patent Document 2). According to the proposal, it is possible to make the illuminance distribution uniform in the main scanning direction by providing diffraction gratings on the reflection surfaces on both sides.
However, providing a diffraction grating on such a transparent member increases the cost, and an illuminance flat portion cannot be formed in the sub-scanning direction unless it is appropriately arranged.
本発明は特許文献2に示した反射部材(本発明においては導光板と呼ぶ)によって、主走査方向には照度ムラなく、副走査方向には2mm幅以上の照度平坦部を作ることができる具体的な構成・配置を提案する。特に、主走査方向の特性について、本発明によれば回折格子を設けること無く主走査方向の照度ムラの発生を抑制できる範囲を規定する。
さらに、導光板を原稿照明装置に利用するにあたって、導光板がなるべく小型であることが望ましいことは当然であるが、導光板の幅をむやみに小型化すれば、導光板内部における光の反射回数を減少させ、副走査方向における照度ムラの原因となる。本発明は副走査方向の照度ムラの発生が少ない導光板の大きさを規定するものでもある。
In the present invention, the reflecting member (referred to as a light guide plate in the present invention) shown in
Furthermore, when the light guide plate is used in a document illumination device, it is naturally desirable that the light guide plate be as small as possible. However, if the light guide plate is reduced in size unnecessarily, the number of times the light is reflected inside the light guide plate. And causes uneven illumination in the sub-scanning direction. The present invention also prescribes the size of the light guide plate that is less likely to cause uneven illumination in the sub-scanning direction.
請求項1に記載の発明では、長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向とするとき、前記主走査方向に複数の発光素子を列設した光源ユニットと、該光源ユニットと前記被照明面との間に配置され前記発光素子からの光束を前記被照明面に導く導光板と、を有する原稿照明装置であって、前記導光板は、長さと幅と厚さを有し、前記主走査方向に長さ方向を一致させ、前記発光素子からの光束が入射する入射面と、該入射面に対向し、前記光束を出射させる出射面と、その両面を接続し、厚さ方向に対向する2つの反射面とを有しており、該反射面は、前記被照明面に対し所定角度θ傾斜させて配置され、前記複数の発光素子のうち、任意の2つの発光素子の中点に対応する前記被照明面上における照度と、上記2つの発光素子のうち任意の一方の発光素子の正面に対応する前記被照明面上における照度との照度差が、それら照度の内の大きい方に対して12%以内になるように前記導光板の幅と厚さを設定したことを特徴とする。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の原稿照明装置において、前記導光板の幅をL、導光板の厚さをε、発光素子の配光分布における半値角に対応する導光板媒質中の屈折角をαとし、前記半値角に対応する光線が前記導光板中で反射を繰り返す回数に関与する定数をkとするとき、
k=(L/ε)×tanα
の式によって定まるkが3.5以上になるようL/εを定めたことを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, when a surface to be illuminated having a length and a width, the length direction is a main scanning direction, and the width direction is a sub-scanning direction, a plurality of light emitting elements are arranged in the main scanning direction. An original illuminating apparatus comprising: a light source unit arranged; and a light guide plate disposed between the light source unit and the illuminated surface and guiding a light beam from the light emitting element to the illuminated surface, wherein the light guide plate Has a length, a width, and a thickness, the length direction coincides with the main scanning direction, an incident surface on which a light beam from the light emitting element is incident, and an exit that is opposed to the incident surface and emits the light beam And a plurality of light-emitting surfaces that are connected to each other in the thickness direction and are inclined at a predetermined angle θ with respect to the surface to be illuminated. Among the elements, on the illuminated surface corresponding to the midpoint of any two light emitting elements. The difference between the illuminance and the illuminance on the illuminated surface corresponding to the front of any one of the two light emitting elements is within 12% of the larger of the illuminances. Thus, the width and thickness of the light guide plate are set as described above.
According to a second aspect of the present invention, in the original illuminating device according to the first aspect, the width of the light guide plate is L, the thickness of the light guide plate is ε, and the light guide plate corresponds to the half-value angle in the light distribution of the light emitting elements. When the refraction angle in the medium is α and the constant related to the number of times the light beam corresponding to the half-value angle repeats reflection in the light guide plate is k,
k = (L / ε) × tan α
It is characterized in that L / ε is determined so that k determined by the above formula becomes 3.5 or more.
請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の原稿照明装置において、前記被照明面と前記導光板との間にさらにコンタクトガラスが配置され、該コンタクトガラスの厚さをDとし、前記導光板の出射面厚さ方向中心から前記コンタクトガラス表面までの距離をMとし、前記コンタクトガラスへ入射角θで入射した光線の屈折角をθ’としたとき、
Mtanθ+Dtanθ’−(ε/2)×cosθ≧2
を満足するよう前記導光板の形状および配置を定めたことを特徴とする。
請求項4に記載の発明では、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記導光板は、d線に対する屈折率をndとするとき、nd≧1.35なる材料からなることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the document illumination device according to the first or second aspect, a contact glass is further disposed between the illuminated surface and the light guide plate, and the thickness of the contact glass is D. When the distance from the light emitting plate thickness direction center of the light guide plate to the contact glass surface is M, and the refraction angle of the light incident on the contact glass at an incident angle θ is θ ′,
Mtan θ + Dtan θ ′ − (ε / 2) × cos θ ≧ 2
The shape and arrangement of the light guide plate are determined so as to satisfy the above.
According to a fourth aspect of the present invention, in the original illuminating device according to any one of the first to third aspects, the light guide plate is a material satisfying nd ≧ 1.35 when the refractive index with respect to the d-line is nd. It is characterized by comprising.
請求項5に記載の発明では、長さと幅を有する被照明面と、前記長さ方向を主走査方向とし、前記幅方向を副走査方向とするとき、前記主走査方向に複数の発光素子を列設した光源ユニットと、該光源ユニットと前記被照明面との間に配置され前記発光素子からの光束を前記被照明面に導く導光板と、を有する原稿照明装置であって、前記導光板は、長さと幅とを有し、前記主走査方向に長さ方向を一致させ、該長さ方向に延びて反射面が所定の間隔で互いに対向する2枚の反射板を有する中空体であり、該中空体は前記発光素子からの光束を入射させる入射開口と、外交即を被照明面側に出射させる出射開口を有し、前記反射面は、前記被照明面に対し所定角度θ傾斜させて配置され、前記複数の発光素子のうち、任意の2つの発光素子の中点に対応する前記被照明面上における照度と、上記2つの発光素子のうち任意の一方の発光素子の正面に対応する前記被照明面上における照度との照度差が、それら照度の内の大きい方に対して12%以内になるように前記導光板の幅と前記所定の間隔を設定したことを特徴とする。
請求項6に記載の発明では、請求項5に記載の原稿照明装置において、前記導光板は、前記反射板の幅をL’、2枚の反射板の間隔をε’、発光素子の配光分布における半値角をα’とし、前記半値角に対応する光線が前記導光板中で反射を繰り返す回数に関与する定数をkとするとき、
k=(L’/ε’)×tanα’
の式によって定まるkが3.5以上になるようL’/ε’を定めたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, when a surface to be illuminated having a length and a width, the length direction is a main scanning direction, and the width direction is a sub-scanning direction, a plurality of light emitting elements are arranged in the main scanning direction. An original illuminating apparatus comprising: a light source unit arranged; and a light guide plate disposed between the light source unit and the illuminated surface and guiding a light beam from the light emitting element to the illuminated surface, wherein the light guide plate Is a hollow body having two reflectors having a length and a width, matching the length direction to the main scanning direction, extending in the length direction, and reflecting surfaces facing each other at a predetermined interval The hollow body has an incident opening for allowing a light beam from the light emitting element to enter and an exit opening for emitting a diplomatic beam toward the illuminated surface, and the reflecting surface is inclined at a predetermined angle θ with respect to the illuminated surface. Of any two of the plurality of light emitting elements. The illuminance difference between the illuminance on the illuminated surface corresponding to a point and the illuminance on the illuminated surface corresponding to the front of any one of the two light emitting elements is large among the illuminances. The width of the light guide plate and the predetermined interval are set so as to be within 12% of the direction.
According to a sixth aspect of the present invention, in the original illuminating device according to the fifth aspect, the light guide plate is configured such that the width of the reflection plate is L ′, the interval between the two reflection plates is ε ′, and the light distribution of the light emitting elements is performed. When the half-value angle in the distribution is α ′, and the constant involved in the number of times the light beam corresponding to the half-value angle repeats reflection in the light guide plate is k,
k = (L ′ / ε ′) × tan α ′
It is characterized in that L ′ / ε ′ is determined so that k determined by the above formula becomes 3.5 or more.
請求項7に記載の発明では、請求項5または6に記載の原稿照明装置において、前記導光体は防塵構造を施してあることを特徴とする。
請求項8に記載の発明では、請求項5ないし7のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記被照明面と前記導光板との間にさらにコンタクトガラスが配置され、該コンタクトガラスの厚さをDとし、前記導光板の前記出射開口中心から前記コンタクトガラス表面までの距離をMとし、前記コンタクトガラスへ入射角θで入射した光線の屈折角をθ’としたとき、
Mtanθ+Dtanθ’−(ε/2)×cosθ≧2
を満足するよう前記導光板の形状および配置を定めたことを特徴とする。
請求項9に記載の発明では、請求項3、4、8のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、
D≧2
θ≧20°
を満足させることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the document illumination device according to the fifth or sixth aspect, the light guide is provided with a dustproof structure.
According to an eighth aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the fifth to seventh aspects, a contact glass is further disposed between the illuminated surface and the light guide plate, When the thickness is D, the distance from the exit aperture center of the light guide plate to the contact glass surface is M, and the refraction angle of the light incident on the contact glass at an incident angle θ is θ ′,
Mtan θ + Dtan θ ′ − (ε / 2) × cos θ ≧ 2
The shape and arrangement of the light guide plate are determined so as to satisfy the above.
In the invention according to
D ≧ 2
θ ≧ 20 °
It is characterized by satisfying.
請求項10に記載の発明では、請求項3、4、8、9のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記コンタクトガラスは、d線に対する屈折率をndとするとき、nd≧1.35なる材料からなることを特徴とする。
請求項11に記載の発明では、請求項1ないし10のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、白色LEDであることを特徴とする。
請求項12に記載の発明では、請求項1ないし10のいずれか1つに記載の原稿照明装置において、前記発光素子は、各々発光色が異なるLEDが少なくとも2種類用いられており、各色光は前記導光板内で多重反射することで混色され、前記導光板の出射位置においては白色光とみなせるを特徴とする。
請求項13に記載の発明では、請求項1ないし12のいずれか1つに記載の原稿照明装置を用いた画像読み取り装置を特徴とする。
請求項14に記載の発明では、請求項13に記載の画像読み取り装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the document illumination device according to any one of the third, fourth, eighth, and ninth aspects, the contact glass has nd ≧ 1 when a refractive index with respect to d-line is nd. .35 material.
According to an eleventh aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the first to tenth aspects, the light emitting element is a white LED.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the document illuminating device according to any one of the first to tenth aspects, the light emitting element includes at least two kinds of LEDs each having a different emission color, and each color light is The light is mixed by multiple reflection in the light guide plate, and can be regarded as white light at the exit position of the light guide plate.
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an image reading device using the original illumination device according to any one of the first to twelfth aspects.
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus using the image reading device according to the thirteenth aspect.
本発明はLED等の発光素子を複数用いる原稿照明装置において、簡単な構成で原稿面における、主走査方向、副走査方向ともに照度ムラの少ない原稿照明装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an original illuminating apparatus using a plurality of light emitting elements such as LEDs and having a simple configuration and less unevenness in illuminance in the main scanning direction and the sub scanning direction on the original surface.
図1は本発明の構成を模式的に示す図である。同図(a)は主走査方向断面、同図(b)は副走査方向断面を示す図であり、曲線は照度分布を模式的に示している。
同図において符号1はLED、2は導光板、3はコンタクトガラス、4は被照明面をそれぞれ示す。
先に図20で示した構成ではLED101がコンタクトガラス102に比較的近く配置されているため、高い照度を得ようとすると、照度ムラが著しく発生してしまう。LED101をコンタクトガラス102から離すと照度低下が著しくなって使用に耐えなくなってしまう。しかしながら、図1に示す導光板2を用いる本構成においては、個々のLED1からの光束の内、主走査方向に関しては、LED1がコンタクトガラス3から遠く離れることによって、光束が大きく発散するため、個別のLEDの照度ムラがなだらかになり、合成の結果は局部的なムラが ほとんどなくなる。しかも、副走査方向に関しては、光束が導光体2内で反射を繰り返し、コンタクトガラス3の近傍に到ってから、導光体を出射するため、主走査方向に比べて発散の度合いが小さくなり、さほど照度低下が生じない。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view in the main scanning direction, FIG. 4B is a cross-sectional view in the sub-scanning direction, and the curve schematically shows the illuminance distribution.
In the figure,
In the configuration shown in FIG. 20 above, the
ただし、同図に示す効果を持たせるには、光源ユニット(LEDアレイ)内に列設されたLEDの配置・配光分布をそれなりに設定する必要がある。すなわち、LEDアレイと原稿面の間に導光板を配置しても、LEDの配光分布が急だったり、隣り合うLEDの間隔が遠かったり、LEDの間隔がある程度近くても、導光板の幅が短かったりすると当然照度ムラは発生する。照度ムラをほとんど0にすることも不可能ではないが、製造コストを考えれば、前記した許容範囲、すなわち、カラー画像を前提として、照度ムラが12%以内になるような条件を求める。
単体の光源は発光面の法線方向の輝度に対し、法線からθなる角度を有する方向への輝度は、角度θに応じて減少するのが一般的である。理想的な光源として、θ方向の輝度がcosθで表される分布をランバート分布と呼ぶ。実際に市販されているLEDには、cos1.5θで近似できる分布や、cos2θで近似できる分布のものがある。
これらのLEDを複数個法線方向を揃えて、法線方向に直交する方向に並べて、所定距離離れた被照明位置におけるその配列方向の照度分布を調べると、各LEDの法線が通る位置(以下P0点と呼ぶ)における照度分布が最大値を示す場合と、隣接するLEDの丁度中間点に対応する位置(以下Ph点と呼ぶ)が最大値を示す場合とがある。
However, in order to have the effect shown in the figure, it is necessary to appropriately set the arrangement / light distribution of the LEDs arranged in the light source unit (LED array). That is, even if a light guide plate is arranged between the LED array and the document surface, the width of the light guide plate can be reduced even if the light distribution of LEDs is steep, the distance between adjacent LEDs is long, or the distance between the LEDs is close to some extent. Naturally, unevenness of illuminance occurs when the value is short. Although it is not impossible to make the illuminance unevenness almost zero, considering the manufacturing cost, the above-described allowable range, that is, a condition that the illuminance unevenness is within 12% is obtained on the premise of the color image.
In general, the brightness of a single light source in a direction having an angle θ from the normal to the brightness in the normal direction of the light emitting surface decreases in accordance with the angle θ. As an ideal light source, a distribution in which the luminance in the θ direction is represented by cos θ is called a Lambert distribution. The LED that is actually sold, distributed and which can be approximated by cos 1.5 theta, there is a distribution that can be approximated by cos 2 theta.
When these LEDs are aligned in the normal direction and arranged in a direction orthogonal to the normal direction, and the illuminance distribution in the array direction at the illuminated position separated by a predetermined distance is examined, the position where the normal of each LED passes ( There are cases where the illuminance distribution at the point P0 (hereinafter referred to as point P0) shows the maximum value, and the position (hereinafter referred to as the point Ph) just corresponding to the intermediate point of the adjacent LED shows the maximum value.
簡単なモデルを考えて説明する。被照明面上の任意の位置P点においては、複数のLEDからの光束の合成によって照度が得られている。当然ながらP点の近くにあるLEDからの光束はP点の照度に大きく寄与し、遠くにあるLEDからの光束はあまり大きく寄与しない。仮に、被照明面としての所望の大きさよりも、LEDの配列の長さの方が十分大きく、且つ、等間隔でLEDが配列されているとする。端部のLEDからの光束の、被照明面の端部照度に対する寄与率が、照度ムラに影響を与えない程度に小さいものとすれば、被照明面における照度ムラは、前記法線が通る位置P0点と、隣接するLEDの丁度中間点に対応する位置Ph点の2点を比較すれば良いことになる。この2点における照度の内大きい方から見たときの、照度差が12%以内に収まっていれば、カラー画像用として安心して用いることができる。
任意の位置P点における照度の変化は、主として、LEDのピッチの、LEDから被照明面までの距離の距離に対する比に依存する。この比が十分大きいときは、P0点における照度は主としてそのLED単体からの光束に依存し、隣接LEDからの寄与率があまり大きくならない。それに対してPh点における照度は、主として両側各1個のLEDからの光束によって照度が得られるが、それぞれの光束はP0点に到達する光束の2分の1よりかなり小さくなるため、合成の照度もP0点における照度よりは小さくなる。
逆に、上記の比がかなり小さい場合には、P0点における照度よりPh点における照度の方が大きくなる場合が存在する。その場合、前記比が小さくなるほどその傾向が強くなる。
Consider a simple model. At an arbitrary position P on the illuminated surface, illuminance is obtained by combining light beams from a plurality of LEDs. Naturally, the light flux from the LED near the point P greatly contributes to the illuminance at the point P, and the light flux from the LED far away does not contribute much. Assume that the length of the LED array is sufficiently larger than the desired size as the surface to be illuminated, and the LEDs are arrayed at equal intervals. If the contribution ratio of the luminous flux from the LED at the end to the illuminance at the edge of the illuminated surface is small enough not to affect the illuminance unevenness, the illuminance unevenness at the illuminated surface is the position where the normal passes. It is only necessary to compare the two points of the point P0 and the position Ph point corresponding to the intermediate point of the adjacent LED. If the difference in illuminance when viewed from the larger of the illuminances at these two points is within 12%, it can be used safely for color images.
The change in illuminance at an arbitrary position P depends mainly on the ratio of the LED pitch to the distance from the LED to the surface to be illuminated. When this ratio is sufficiently large, the illuminance at the point P0 mainly depends on the luminous flux from the LED alone, and the contribution ratio from the adjacent LED does not become so large. On the other hand, the illuminance at the Ph point can be obtained mainly by the light flux from one LED on each side, but each light flux is considerably smaller than a half of the light flux reaching the P0 point. Is smaller than the illuminance at the point P0.
On the contrary, when the above ratio is considerably small, the illuminance at the Ph point may be larger than the illuminance at the P0 point. In that case, the tendency becomes stronger as the ratio becomes smaller.
P0点、Ph点における照度の内大きい方をEmax、小さい方をEminとするとき、
(Emax−Emin)/Emax<0.12
を満足するように、LEDの個数、配列ピッチ、および、LEDから被照明面までの距離を定めればよい。
本発明では、図1に示すように導光板2を被照明面に対して傾斜させて用いている。導光板2によって、副走査方向の光束が被照明面近傍に到ってから発散するので、副走査方向に関し光量損失が少なくなることを説明した。主走査方向に関して、導光板2が入るため光路長の変化が生ずる点と、被照明面に対して傾斜した状態で光束が入射する点が前記モデルを用いた説明と異なるが、これらの条件は基本的には照度レベルの変化として現れるだけで、照度ムラにはほとんど影響を与えない。
When the larger of the illuminance at the P0 point and the Ph point is Emax and the smaller illuminance is Emin,
(Emax−Emin) / Emax <0.12
The number of LEDs, the arrangement pitch, and the distance from the LED to the illuminated surface may be determined so as to satisfy the above.
In the present invention, as shown in FIG. 1, the
LEDアレイ
LED個数 7個
配列 主走査方向に一列
配列ピッチ 8mm
配光分布 ランバート分布
出力 10mW/1個
発光面 0.5×0.5mmの面上強度分布一様な面光源
導光板
長さ×幅×厚さ 60×8×1mm
材料 nd=1.517
側面 反射膜(反射率100%)コーティング
配置
LED発光面−導光板第1端面間隔 密着
導光板第2端面中心から原稿面に引いた垂線の長さ 6mm
導光板第2端面垂線と、上記垂線のなす角 60度
コンタクトガラス
厚さ 3.2mm
材料 nd=1.517
原稿面
コンタクトガラスの上側の面から0.01mm離れた(上側にシフトした)面を原稿面とする
面のサイズ 41mm(主走査方向)×31mm(副走査方向)
LED array Number of
Light distribution Distribution Lambert distribution Output 10mW / 1 unit Light emitting surface 0.5 × 0.5mm surface intensity distribution uniform surface light source light guide plate length × width ×
Material nd = 1.517
Side Reflective film (100% reflectance) coating arrangement LED light emitting surface-light guide plate first end surface spacing Adherence Length of perpendicular drawn from the center of the second end surface of the light guide plate to the
Angle formed by the second end surface perpendicular to the light guide plate and the above normal 60 ° contact glass thickness 3.2 mm
Material nd = 1.517
Document surface The surface of the contact glass that is 0.01 mm away (shifted upward) from the upper surface is the document surface. 41 mm (main scanning direction) x 31 mm (sub-scanning direction)
図2は実施例1の構成による照度分布を示す図である。同図(a)は副走査方向の分布、同図(b)は主走査方向の分布をそれぞれ示す図である。
同図において横軸はコンタクトガラスの位置(単位mm)、縦軸は照度(単位μW/mm2)を示す。以下の照度分布においても同様である。
本実施例における照度分布は、原稿面を41×31のグリッドに分割し、光源からの光線として光線本数100万本の光線追跡を行い、1×1mm角の各グリッドに入射する光線本数をそのグリッドにおける照度としてプロットしたものである。以下照度分布の計算はすべて同様である。同図(a)は光源を含む副走査方向断面における照度分布を示し、同図(b)は副走査方向のグラフのピーク値を含む主走査方向断面における照度分布をそれぞれ示す。同図(b)で分かるように、主走査方向の照度ムラはほとんどない。
FIG. 2 is a diagram illustrating an illuminance distribution according to the configuration of the first embodiment. FIG. 4A shows the distribution in the sub-scanning direction, and FIG. 4B shows the distribution in the main scanning direction.
In the figure, the horizontal axis represents the position (unit mm) of the contact glass, and the vertical axis represents illuminance (unit μW / mm 2 ). The same applies to the following illuminance distribution.
In this embodiment, the illuminance distribution is obtained by dividing the original surface into 41 × 31 grids, tracing 1 million rays as rays from the light source, and calculating the number of rays incident on each 1 × 1 mm square grid. Plotted as illuminance on the grid. Hereinafter, the calculation of the illuminance distribution is the same. FIG. 4A shows the illuminance distribution in the sub-scanning direction cross section including the light source, and FIG. 4B shows the illuminance distribution in the main scanning direction cross section including the peak value of the graph in the sub-scanning direction. As can be seen from FIG. 5B, there is almost no illuminance unevenness in the main scanning direction.
図3は比較例の照度分布を示す図である。同図(a)は副走査方向の分布、同図(b)は主走査方向の分布をそれぞれ示す図である。
比較例の仕様を示す。なお比較例の構成は図20に準ずる。
LEDアレイ:実施例1に同じ
導光板:なし
配置
LED発光面中心から原稿面に引いた垂線の長さ 6mm
発光方向中心と、上記垂線のなす角 60度
コンタクトガラス:実施例1に同じ
原稿面:実施例1に同じ
同図(b)に示すように、本比較例では主走査方向の照度ムラが約22.1%あり、カラー画像用としては不適であることが分かる。
FIG. 3 is a diagram showing the illuminance distribution of the comparative example. FIG. 4A shows the distribution in the sub-scanning direction, and FIG. 4B shows the distribution in the main scanning direction.
The specification of a comparative example is shown. The configuration of the comparative example conforms to FIG.
LED array: Same light guide plate as in Example 1: None Arrangement Length of perpendicular drawn from the center of the LED light emitting surface to the
The angle formed by the center of the light emitting direction and the
図4は2個のLEDによる主走査方向の照度分布を示す図である。
実施例1において、中心位置、すなわち、主走査方向21mmの位置にあるLEDと、そのLEDに隣接した1個のLEDによる被照明面上主走査方向の照度分布は同図に示すように、LED対応位置よりも、その中間の方が照度が高くなっている。2個のLEDの中点に対応する被照明面の照度に対し、LED正面の位置に対応する被照明面の照度はおよそ11.7%低くなっている。すなわち照度差は約12%である。
この照度差は、LEDの間隔を上記実施例の8mmよりも広げることで、より小さくすることができる。
同図は2個のみのLEDによる照度を見たが、実際にはさらに隣接する複数のLEDからの照度が重畳され、それらの照度は上記中点対応位置より、上記LED正面対応位置への寄与率の方が大きいため、上記照度差はさらに小さくなる。
一般に、表面実装型LEDの光出力は光度で表され、現在流通しているLEDの光度は、順電流10〜30mAで125〜860mcd程度である。これより、本発明においてはLEDの光出力をすべて10mWという値に設定したが、前述したように、LEDの高輝度化は急激に進んでおり、LEDの高輝度化が進めばLEDの使用個数減につながる。主走査方向の照度ムラを抑制する本発明は、LEDの高輝度化によって、さらに必要なものとなる。
FIG. 4 is a diagram showing the illuminance distribution in the main scanning direction by two LEDs.
In Example 1, the illuminance distribution in the main scanning direction on the illuminated surface by the LED at the center position, that is, at the position of 21 mm in the main scanning direction, and one LED adjacent to the LED is as shown in FIG. The illuminance is higher in the middle than the corresponding position. The illuminance of the illuminated surface corresponding to the position in front of the LED is about 11.7% lower than the illuminance of the illuminated surface corresponding to the midpoint of the two LEDs. That is, the illuminance difference is about 12%.
This difference in illuminance can be made smaller by widening the LED interval than 8 mm in the above embodiment.
Although the figure shows the illuminance by only two LEDs, the illuminance from a plurality of adjacent LEDs is actually superimposed, and these illuminances contribute from the midpoint corresponding position to the LED front corresponding position. Since the rate is larger, the illuminance difference is further reduced.
In general, the light output of surface-mounted LEDs is expressed in terms of luminous intensity, and the luminous intensity of currently distributed LEDs is about 125 to 860 mcd at a forward current of 10 to 30 mA. As a result, in the present invention, the light output of all LEDs is set to a value of 10 mW, but as described above, the increase in the brightness of the LEDs is rapidly progressing, and if the increase in the brightness of the LEDs is advanced, the number of LEDs used is increased. It leads to decrease. The present invention that suppresses illuminance unevenness in the main scanning direction is further required by increasing the brightness of the LEDs.
<実験例1>
本実施例は、実施例1における導光板のサイズ等を変更したものである。
LEDアレイ
LEDの個数 11個
配列 主走査方向に一列
配列ピッチ 5mm
配光分布 ランバート分布
出力 10mW/個
発光面 0.5×0.5mmの面上強度分布一様な面光源
導光板
長さ×幅×厚さ 100×5×1mm
材料 nd=1.517
側面 反射膜(反射率100%)コーティング
配置
LED発光面中心から原稿面に引いた垂線の長さ 8mm
発光方向中心と上記垂線のなす角θ 30°
コンタクトガラス
実施例1と同じ
原稿面
実施例1と同じ
<Experimental example 1>
In this embodiment, the size and the like of the light guide plate in
LED array Number of
Light distribution Distribution Lambert distribution Output 10 mW / unit Light emitting surface 0.5 × 0.5 mm surface intensity distribution uniform surface light source light guide plate length × width ×
Material nd = 1.517
Side Reflective film (100% reflectivity) coating arrangement Perpendicular length drawn from the center of the LED light emitting surface to the document surface 8mm
The angle θ 30 ° formed by the center of the light emission direction and the perpendicular line
Contact glass Same document surface as Example 1 Same as Example 1
副走査方向の照度分布は、導光板の板厚方向における反射回数を多くすることで、導光板出射後の光束の重畳の度合いが増すため、均一になりやすくなる。そのためには、光の入出射面の距離Lに比べて板厚εが小さい方が良い。
ここで、LEDから導光体中に角度αで出射した光線が、k回反射するものとしたとき、
L=k(ε/tanα) ・・・・(1)
と置くことができる。式中のε/tanαは上記光線が一方の反射面から他方の反射面に到るまでに進む導光体の上記L方向の距離である。Lは任意の長さを設定できるので、kは整数に限定されない。LEDは導光体の厚さ方向の中央に配置するので、例えば、0.5<k<1.5のとき上記光線は1回反射のみで出射面から空気中に出ていく。また、2.5<k<3.5であれば3回反射で出射する。
いま仮にランバート分布のLEDの半値角を上記導光体中の角度αに対応させるとすれば、
sinα=sin60°/nd
となり、nd=1.517を用いるとα≒34.8°となる。
L=5mm、ε=1mmであるから
k=L/(ε/tanα)≒3.48
となる。逆に予めkの値を定めてから、Lの値を決めることもできる。
The illuminance distribution in the sub-scanning direction is likely to be uniform because the number of reflections in the thickness direction of the light guide plate is increased to increase the degree of superimposition of the light flux after being emitted from the light guide plate. For that purpose, it is better that the plate thickness ε is smaller than the distance L of the light incident / exit surface.
Here, when the light beam emitted from the LED into the light guide at an angle α is reflected k times,
L = k (ε / tan α) (1)
And can be put. In the equation, ε / tan α is the distance in the L direction of the light guide that travels from the one reflecting surface to the other reflecting surface. Since L can be set to an arbitrary length, k is not limited to an integer. Since the LED is arranged at the center of the light guide in the thickness direction, for example, when 0.5 <k <1.5, the light beam is emitted from the emission surface into the air only once. If 2.5 <k <3.5, the light is emitted three times.
If the half-value angle of the Lambertian LED is made to correspond to the angle α in the light guide,
sin α =
When nd = 1.517 is used, α≈34.8 °.
Since L = 5 mm and ε = 1 mm, k = L / (ε / tan α) ≈3.48
It becomes. Conversely, the value of L can also be determined after the value of k is determined in advance.
図5は実験例1の配置を説明するための概要図である。
図6は実験例1による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
LEDから±60°で出射した半値角に対応する光線は、導光体中で3回反射した後、導光体の出射面を出て±60°の方向へそれぞれ進む。本実験例のように導光体がコンタクトガラスに対し30°傾いている場合は、上記±60°の一方の光線はコンタクトガラスに30°の角度で入射し、他方の光線はコンタクトガラスに平行な方向に進む。
図6で明らかなように、本実験例では副走査方向の照度ムラがかなり大きい。すなわち、副走査中央部付近において、読み取り領域として2mm幅を取ろうとしても、この照度分布では、安定した読み取り領域を設定することはできない。これは、副走査方向の照度均一化が不十分であるためと考えられる。本実験例では、k=3.48であった。すなわち、kは3回反射のほぼ上限に設定されていた。したがって、kは4回以上反射の範囲に設定し直す必要がある。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the arrangement of Experimental Example 1.
FIG. 6 is a diagram showing the illuminance distribution in the sub-scanning direction at the center of the original surface according to Experimental Example 1.
The light beam corresponding to the half-value angle emitted from the LED at ± 60 ° is reflected three times in the light guide, and then travels in the direction of ± 60 ° from the exit surface of the light guide. When the light guide is inclined by 30 ° with respect to the contact glass as in this experimental example, one of the light rays of ± 60 ° is incident on the contact glass at an angle of 30 °, and the other light ray is parallel to the contact glass. Go in the right direction.
As is apparent from FIG. 6, in this experimental example, the illuminance unevenness in the sub-scanning direction is considerably large. That is, even if an attempt is made to take a width of 2 mm as a reading area near the center of the sub-scanning, a stable reading area cannot be set with this illuminance distribution. This is thought to be due to insufficient illuminance uniformity in the sub-scanning direction. In this experimental example, k = 3.48. That is, k was set to the upper limit of three times of reflection. Therefore, it is necessary to reset k to the range of reflection four times or more.
図7は実施例2の配置を説明するための概要図である。
図8は実施例2による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例ではk≒5.5となるように導光板の仕様を定めた
導光板
長さ×幅×厚さ 100×8×1mm
その他の条件は実験例と同じである。
この導光板のサイズから逆算すると、正確にはk≒5.563となる。
図8に示すように、本実施例では読み取り領域として使用し得る有効照明範囲(2mm幅)における照度ムラは約4.0%に収まっている。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the arrangement of the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing the illuminance distribution in the sub-scanning direction at the center of the original surface according to the second embodiment.
In this embodiment, the light guide plate is defined such that k≈5.5, and the length of the light guide plate is determined by length × width ×
Other conditions are the same as in the experimental example.
When calculated backward from the size of the light guide plate, k≈5.563 is accurately obtained.
As shown in FIG. 8, in this embodiment, the illuminance unevenness in an effective illumination range (2 mm width) that can be used as a reading area is within about 4.0%.
<実験例2>
導光板の厚さと長さを変えて見た。
導光板
長さ×幅×厚さ 100×9.5×2mm
その他の条件は実施例1と同じである。
この条件でkを計算すると、k≒3.3となる。これは実験例1よりも小さい値なので、照度ムラさらに大きくなることが予想される。
<Experimental example 2>
I changed the thickness and length of the light guide plate.
Light guide plate length x width x thickness 100 x 9.5 x 2 mm
Other conditions are the same as those in the first embodiment.
When k is calculated under this condition, k≈3.3. Since this is a value smaller than that of Experimental Example 1, it is expected that the illuminance unevenness is further increased.
図9は実験例1の配置を説明するための概要図である。
図10は実験例1による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
同図から明らかなように、図6に示した照度分布に非常に良く似ていて、しかも、図6の照度分布よりさらに照度ムラが大きくなっている。
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the arrangement of Experimental Example 1.
FIG. 10 is a diagram showing the illuminance distribution in the sub-scanning direction at the center of the original surface according to Experimental Example 1.
As is apparent from FIG. 6, the illuminance distribution is very similar to the illuminance distribution shown in FIG. 6, and the illuminance unevenness is larger than that in FIG.
図11は実施例3の配置を説明するための概要図である。
図12は実施例3による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
実験例2に対して導光板の長さをさらに長くする。
導光板
長さ×幅×厚さ 100×12×2mm
その他の条件は実施例1と同じである。
この条件でkを計算すると、k≒4.2となり、4回反射になっている。
図12によって明らかなように、導光体の厚さを増しても、それに対応して幅を大きくすれば照度ムラ(同図において約3.0%)を小さく収めることができる。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the arrangement of the third embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing the illuminance distribution in the sub-scanning direction at the center of the original surface according to the third embodiment.
The length of the light guide plate is further increased with respect to Experimental Example 2.
Light guide plate length x width x thickness 100 x 12 x 2 mm
Other conditions are the same as those in the first embodiment.
When k is calculated under this condition, k≈4.2, and reflection is four times.
As is apparent from FIG. 12, even if the thickness of the light guide is increased, the illuminance unevenness (about 3.0% in FIG. 12) can be reduced by increasing the width accordingly.
図13、14は導光体の配置を説明するための図である。
ここで、導光体の一般的な配置関係について考察する。図13は厚さDのコンタクトガラスの下面からさらに下方に距離M離れた位置に導光体の出射面中心があり、導光体はコンタクトガラス面の法線に対し角度θ傾いている状態を示している。角度θでコンタクトガラスに入射した光線は角度θ’で媒質中を進むものとする。
図14は、導光体出射面からの光束が完全拡散光になっていると仮定し、出射面中心を点光源とみなした模式図である。点光源の直上の原稿面を座標原点とする。
同図に則って原稿面上の照度を計算すると、照度は光線経路長の2乗に反比例し、ランバート分布に比例する。ランバート分布としては、図示した角度θ方向が放射強度最大なるのだが、原点に近い方が光線経路長が短いために、原点に近い方が明るく、図示した光線の原稿面到達位置Pと原点の間に照度分布のピークが出現するのが一般的である。
図13において、読み取り方向は原稿面に対して垂直方向であるため、原点自身は導光板に遮られて読み取り領域になり得ない。少なくとも、原点から板厚εの2分の1×cosθまでの範囲は導光板に遮られるため読み取り領域になれない。
読み取り領域としては前述のように、2mmの幅は欲しいところであるから、原稿面上で、前記点Pまでの範囲にピーク値を含む少なくとも2mmの有効領域を設定できるようにする必要がある。この関係を数式で表すと、
Mtanθ+Dtanθ’−(ε/2)×cosθ≧2 ・・・・(2)
となる。
13 and 14 are diagrams for explaining the arrangement of the light guides.
Here, a general arrangement relationship of the light guides will be considered. FIG. 13 shows a state in which the center of the light exit surface of the light guide is further away from the lower surface of the contact glass having a thickness D by a distance M, and the light guide is inclined at an angle θ with respect to the normal of the contact glass surface. Show. A light beam incident on the contact glass at an angle θ is assumed to travel through the medium at an angle θ ′.
FIG. 14 is a schematic diagram assuming that the light beam from the light guide exit surface is completely diffused light, and the center of the exit surface is regarded as a point light source. The original document surface immediately above the point light source is set as the coordinate origin.
When the illuminance on the document surface is calculated according to the figure, the illuminance is inversely proportional to the square of the light path length and proportional to the Lambertian distribution. The Lambert distribution has the maximum radiation intensity in the angle θ direction shown in the figure, but since the ray path length is shorter in the direction closer to the origin, the closer to the origin is brighter. In general, a peak of illuminance distribution appears between them.
In FIG. 13, since the reading direction is a direction perpendicular to the document surface, the origin itself cannot be a reading area because it is blocked by the light guide plate. At least the range from the origin to ½ × cos θ of the plate thickness ε is blocked by the light guide plate and cannot be read.
As described above, since the width of 2 mm is desired as the reading area, it is necessary to set an effective area of at least 2 mm including a peak value in the range up to the point P on the original surface. When this relationship is expressed by a mathematical formula,
Mtanθ + Dtanθ ′ − (ε / 2) × cos θ ≧ 2 (2)
It becomes.
コンタクトガラスの厚さDは構造上の制約があるため、例えば原稿載置型で光学系移動型などでは3mm以上にするのが普通である。光学系固定でシート原稿移動型などの場合には、例えば2mmなどのようにもっと薄くすることもできる。したがって、上記数式においてDの下限は2mmとみなして良い。
導光板の傾斜角度θは、あまり小さくすると上記有効領域が十分取れなくなるので、図示しないが、M+D≧6の条件でいくつかの照度分布のシミュレーションを行った結果、θ≧20°にするのが望ましいことが分かった。
図14では厚さεmmの導光体出射面を点とみなして説明したが、0でないεを与えたときと、点とみなしたときの照度分布の違いを確認したところでは、ε≦3mmであれば実用上は点とみなしても問題ないことが分かった。
Since the thickness D of the contact glass is structurally limited, for example, in the document placement type and the optical system moving type, the thickness is usually 3 mm or more. In the case of a sheet document moving type with the optical system fixed, it can be made thinner, for example, 2 mm. Therefore, in the above formula, the lower limit of D may be regarded as 2 mm.
If the inclination angle θ of the light guide plate is too small, the effective area cannot be obtained sufficiently. Therefore, although not shown in the figure, as a result of simulation of several illuminance distributions under the condition of M + D ≧ 6, θ ≧ 20 ° is obtained. I found it desirable.
In FIG. 14, the light-guiding body exit surface having a thickness of ε mm is described as a point. However, when a difference in illuminance distribution between when a non-zero ε is given and when it is regarded as a point, ε ≦ 3 mm is satisfied. It turns out that there is no problem even if it is regarded as a point in practical use.
<実験例3>
導光板
長さ×幅×厚さ:100×12×2mm
配置
LED発光面中心から原稿面に引いた垂線の長さ:(M+D)7mm
発光方向中心とコンタクトガラス法線とのなす角度θ 20度
その他の仕様は実施例3と同じ。
この条件においては
Mtanθ+Dtanθ’≒2.12mm
(ε/2)×cosθ≒0.94
となるので、式(2)の左辺は
Mtanθ+Dtanθ’−(ε/2)×cosθ≒1.2mm
となって2より大きくならず、式(2)を満足しない。
<Experimental example 3>
Light guide plate length x width x thickness: 100 x 12 x 2 mm
Arrangement of perpendicular line drawn from the center of the LED light emitting surface to the document surface: (M + D) 7 mm
The angle θ formed by the center of the light emitting direction and the normal of the contact glass is 20 degrees, and other specifications are the same as those in the third embodiment.
Under this condition, Mtanθ + Dtanθ′≈2.12 mm
(Ε / 2) × cos θ≈0.94
Therefore, the left side of Equation (2) is Mtanθ + Dtanθ ′ − (ε / 2) × cosθ≈1.2 mm
And does not satisfy the formula (2).
図15は実験例3の配置を説明するための概要図である。
図16は実験例3による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
本実験例の条件では、P点が原点から約2.12mmの位置にあるので、副走査方向の照度分布のピーク値は、原点から約2.12mmよりもさらに近いところに生ずる。したがって、有効照明幅として必要な幅は原点から約3mmの距離までになるが、この範囲では図16に見られるように、照度ムラは15%を超えている。
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the arrangement of Experimental Example 3.
FIG. 16 is a diagram showing the illuminance distribution in the sub-scanning direction at the center of the original surface according to Experimental Example 3.
Under the conditions of this experimental example, since the point P is at a position of about 2.12 mm from the origin, the peak value of the illuminance distribution in the sub-scanning direction occurs at a position closer to about 2.12 mm from the origin. Therefore, the necessary width as the effective illumination width is about 3 mm from the origin, but in this range, as shown in FIG. 16, the illuminance unevenness exceeds 15%.
図17は実施例4の配置を説明するための概要図である。
図18は実施例4による原稿面中心における副走査方向の照度分布を示す図である。
本実施例は上記実験例3の導光板の配置のみを変えたものである。
配置
LED発光面中心から原稿面に引いた垂線の長さ(M+D) 7mm
発光方向中心とコンタクトガラス法線とのなす角度θ 30度
その他の仕様は実施例3と同じ。
この条件においては
Mtanθ+Dtanθ’≒3.31mm
(ε/2)×cosθ≒0.87
となるので、式(2)の左辺は
Mtanθ+Dtanθ’−(ε/2)×cosθ≒2.45mm
となり、式(2)を満足している。
本実施例による副走査方向の照度分布は図18に見られるように、有効照明幅2mmの範囲で約7.8%となり、読み取り領域として十分使用し得る。
FIG. 17 is a schematic diagram for explaining the arrangement of the fourth embodiment.
FIG. 18 is a diagram showing the illuminance distribution in the sub-scanning direction at the center of the original surface according to the fourth embodiment.
In the present embodiment, only the arrangement of the light guide plate in Experimental Example 3 is changed.
Arrangement of perpendicular line drawn from the center of the LED light emitting surface to the document surface (M + D) 7mm
The angle θ 30 ° formed by the center of the light emitting direction and the normal of the contact glass The other specifications are the same as in Example 3.
Under this condition, Mtanθ + Dtanθ′≈3.31 mm
(Ε / 2) × cos θ≈0.87
Therefore, the left side of Expression (2) is Mtanθ + Dtanθ ′ − (ε / 2) × cosθ≈2.45 mm.
Thus, the expression (2) is satisfied.
As shown in FIG. 18, the illuminance distribution in the sub-scanning direction according to the present embodiment is about 7.8% in the range of the effective illumination width of 2 mm, and can be sufficiently used as a reading area.
これまで示してきた実験例、実施例はいずれもガラスからなる導光板を用いることを前提としてきた。しかし、厚さ2mm、あるいは1mmという形状をガラスで作るのは破損の問題があり、実用的でない。そこで、これを透明樹脂で作ることを考える。透明樹脂の場合、その屈折率は実施例等で示したガラスの屈折率1.517に比べると、より小さくなる(例えばポリテトラフルオロエチレンのnd=1.35〜1.38など。)。本発明はこれまで説明してきたように、導光板の材質の屈折率に関連する条件はあるが、直接依存する条件はない。したがって、導光板の材質としてガラス以外に、透明樹脂を用いることは全く自由である。
同様の理由により、コンタクトガラスの材質も、その名に惑わされることなく、透明樹脂を使っても一向に差し支えない。したがって、実験例、実施例においてコンタクトガラスの屈折率としてnd=1.517としたが、この値も、例えば上記1.35の材質を用いても構わない。
The experimental examples and examples shown so far have been based on the use of a light guide plate made of glass. However, making glass with a thickness of 2 mm or 1 mm with glass has a problem of breakage and is not practical. Therefore, consider making this with a transparent resin. In the case of a transparent resin, the refractive index is smaller than the refractive index 1.517 of glass shown in Examples and the like (for example, nd = 1.35 to 1.38 of polytetrafluoroethylene). As described above, the present invention has conditions related to the refractive index of the material of the light guide plate, but does not depend directly on the conditions. Therefore, it is completely free to use a transparent resin other than glass as the material of the light guide plate.
For the same reason, the material of the contact glass is not confused by its name, and a transparent resin can be used. Therefore, although nd = 1.517 was used as the refractive index of the contact glass in the experimental examples and examples, the value of 1.35 may be used for this value as well.
導光板についてさらに進めて考えると、屈折率が1、すなわち媒質が空気でも可能であることが分かる。媒質が空気であるということは、側面が反射面で囲われた中空体でよいということである。光束の入射側の開口と、出射側の開口があればよい。ただし、反射面にゴミ、埃が付着するのを防ぐため、上記量開口には防塵のための蓋をつけるのが良い。ただし、蓋は透明部材で形成し、光束の入出射の妨げにならないようにする。
なお、この場合前記式(1)に対応する式は、反射面の幅をL’、2枚の反射板の間隔をε’、発光素子の配光分布における半値角をα’としたとき、
k=(L’/ε’)×tanα’ ・・・・(3)
となる。また、式(2)に対応する式は
Mtanθ+Dtanθ’−(ε’/2)×cosθ≧2 ・・・・(4)
となる。
Further consideration of the light guide plate shows that the refractive index is 1, that is, the medium can be air. That the medium is air means that it may be a hollow body whose side surface is surrounded by a reflecting surface. There may be an opening on the incident side of the light beam and an opening on the emission side. However, in order to prevent dirt and dust from adhering to the reflecting surface, it is preferable to attach a dust-proof lid to the above-mentioned amount opening. However, the lid is formed of a transparent member so that it does not interfere with the incident / exit of the light beam.
In this case, when the width of the reflecting surface is L ′, the interval between the two reflecting plates is ε ′, and the half-value angle in the light distribution of the light emitting element is α ′,
k = (L ′ / ε ′) × tan α ′ (3)
It becomes. Further, the expression corresponding to the expression (2) is Mtanθ + Dtanθ ′ − (ε ′ / 2) × cosθ ≧ 2 (4)
It becomes.
次に、本発明に用いることのできる光源について述べる。
本発明においては、光源は発光ダイオード(LED)が最も適している。中でも、あらゆる原稿の読み取りに対応できるようにするため、白色LEDを用いるのがよい。
白色LEDには幾つかのタイプがある。その1つは蛍光体を用いた1チップ型白色LEDである。チップと称する発光部が、YAG蛍光体を混入した透明な封入部材に封じられている。チップはInGaNからなる青色発光を行う。それによって、チップが青色発光したとき、同時に蛍光体が励起されて黄色の蛍光を発光する。青色と黄色は互いに補色関係にあるため、両者が一緒に外部へ出ると白色光として認識される。
他のタイプとして、蛍光体を使わず、それぞれの発光する色が異なる2つ以上のチップを用い、混色により白色発光させる白色発光ダイオードがある。複数のチップは同一面に配置され、全部の発光色が混合されると白色として認識される組み合わせになっている。
たとえば、2個のチップの場合、前記と同様それぞれ青色と黄色の発光をするチップを用いる。3個のチップの場合であれば、いわゆる3原色に相当するそれぞれ赤、緑、青を発光するチップを用いる。
Next, a light source that can be used in the present invention will be described.
In the present invention, the light source is most suitably a light emitting diode (LED). Among them, it is preferable to use a white LED in order to be able to handle reading of any document.
There are several types of white LEDs. One of them is a one-chip type white LED using a phosphor. A light emitting unit called a chip is sealed in a transparent enclosing member mixed with a YAG phosphor. The chip emits blue light made of InGaN. Thereby, when the chip emits blue light, the phosphor is simultaneously excited to emit yellow fluorescence. Since blue and yellow are complementary to each other, when both go out together, they are recognized as white light.
As another type, there is a white light-emitting diode that does not use a phosphor and uses two or more chips that emit different colors and emits white light by color mixture. The plurality of chips are arranged on the same surface, and are combined to be recognized as white when all the emission colors are mixed.
For example, in the case of two chips, chips that emit blue and yellow light are used as described above. In the case of three chips, chips that emit red, green, and blue corresponding to so-called three primary colors are used.
複数色の発光が行われる場合、その混色は、光束がLEDから出射する前に行われるのが理想であるが、本発明の場合、光束は導光体中で複数回の反射を繰り返すので、導光体の出射端側から出射する時点で白色と見なせる程度に混色が完了していても構わない。 When light emission of a plurality of colors is performed, the color mixture is ideally performed before the light beam is emitted from the LED, but in the case of the present invention, the light beam repeats reflection a plurality of times in the light guide. Color mixing may be completed to such an extent that it can be considered white at the time of emission from the emission end side of the light guide.
以上に説明してきた原稿照明装置は、いずれも画像読み取り装置に用いることができるものであり、さらに、その画像読み取り装置は画像形成装置を形成することができるものである。 Any of the document illumination apparatuses described above can be used for an image reading apparatus, and the image reading apparatus can form an image forming apparatus.
1 LED
2 導光板
3 コンタクトガラス
4 被照明面
1 LED
2
Claims (14)
k=(L/ε)×tanα
の式によって定まるkが3.5以上になるようL/εを定めたことを特徴とする原稿照明装置。 The document illumination device according to claim 1, wherein the width of the light guide plate is L, the thickness of the light guide plate is ε, and the refraction angle in the light guide plate medium corresponding to the half-value angle in the light distribution of the light emitting elements is α, When k is a constant related to the number of times the light beam corresponding to the half-value angle repeats reflection in the light guide plate,
k = (L / ε) × tan α
An original illuminating apparatus characterized in that L / ε is determined so that k determined by the formula of is equal to or greater than 3.5.
Mtanθ+Dtanθ’−(ε/2)×cosθ≧2
を満足するよう前記導光板の形状および配置を定めたことを特徴とする原稿照明装置。 3. The document illuminating device according to claim 1, wherein a contact glass is further disposed between the illuminated surface and the light guide plate, the thickness of the contact glass being D, and the exit surface thickness of the light guide plate. When the distance from the center of the direction to the contact glass surface is M, and the refraction angle of the light beam incident on the contact glass at an incident angle θ is θ ′,
Mtan θ + Dtan θ ′ − (ε / 2) × cos θ ≧ 2
An original illuminating apparatus characterized in that the shape and arrangement of the light guide plate are determined so as to satisfy the above.
k=(L’/ε’)×tanα’
の式によって定まるkが3.5以上になるようL’/ε’を定めたことを特徴とする原稿照明装置。 6. The document illuminating device according to claim 5, wherein the light guide plate has a width of the reflection plate as L ′, an interval between the two reflection plates as ε ′, and a half-value angle in a light distribution of the light emitting elements as α ′, When k is a constant related to the number of times the light beam corresponding to the half-value angle repeats reflection in the light guide plate,
k = (L ′ / ε ′) × tan α ′
An original illuminating apparatus characterized in that L ′ / ε ′ is determined so that k determined by the equation of 3.5 is 3.5 or more.
Mtanθ+Dtanθ’−(ε’/2)×cosθ≧2
を満足するよう前記導光板の形状および配置を定めたことを特徴とする原稿照明装置。 8. The document illuminating device according to claim 5, further comprising a contact glass disposed between the illuminated surface and the light guide plate, wherein the thickness of the contact glass is D, and the light guide plate. When the distance from the center of the exit aperture to the contact glass surface is M, and the refraction angle of the light incident on the contact glass at an incident angle θ is θ ′,
Mtan θ + Dtan θ ′ − (ε ′ / 2) × cos θ ≧ 2
An original illuminating apparatus characterized in that the shape and arrangement of the light guide plate are determined so as to satisfy the above.
D≧2
θ≧20°
を満足させることを特徴とする原稿照明装置。 The document illuminating device according to any one of claims 3, 4, and 8,
D ≧ 2
θ ≧ 20 °
Document illumination device characterized by satisfying the above.
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