JP2007074530A - 照明装置、及びこれを用いた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 出射面近傍の所定の領域を均一強度で、かつ効率よく照射することが可能な照明装置を提供する。また、照度を上げると共に、画像読取位置を均一強度で照明することにより、高精度な読取が可能となる画像読取装置を提供する。
【解決手段】 線状に配列する光源４と、光源４からの光を透過させ、光源４の配列方向と直交する断面での形状が、光源側が狭い台形形状である導光体５とを有する照明光学系により、導光体５の出射面近傍に設定された原稿読取位置１２を通過する原稿１を照明し、上記原稿１を透過した光を、ロッドレンズアレイ６と、ラインセンサＩＣ７を搭載するセンサ基板８とで構成された画像読取光学系により読取る構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明装置に関するものであり、とくに照射必要領域の光強度の均一化に関するものである。また、本発明はこのような照明装置を用いた画像読取装置に関するものである。

従来、画像読取装置等に用いられる照明装置としては、導光体として出射面が凸状の曲面である透明棒を用い、上記曲面に対向する平面に光拡散領域を設け、さらに透明棒の両端側にＬＥＤ素子を設置して線状照明装置を実現していた（例えば、特許文献１参照。）。このような構成の照明装置からの出射光は、光軸中心から所定の領域内で均一な光強度分布を示し、所定領域内を均一照度で照明できる。

特開２００２−２３２６４８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の照明装置において、透明棒の断面形状は、凸状の曲線が、上記曲線と対向する辺の両端でそれぞれ直角に連続してつながっており、透明棒の両側面に平面部があるため、その平面部で反射された光が照明領域と異なる方向に放射されてしまう。その結果、出射光の光強度分布は、光軸中心部での光強度より周辺部での光強度が大きくなってしまい、光利用効率が低下するという問題があった。また、透明棒の両端側にＬＥＤ素子を設置しているため、設置できるＬＥＤ素子の数が限定されるので照度を上げることが困難であるといった問題があった。照度を上げるためには、ＬＥＤ素子を透明棒の底面（曲面に対向する平面）に設置し、下から直接、透明棒に光を入射させる構成が考えられるが、その場合、透明棒の出射面近傍における光強度分布は均一ではなく、光軸部分にピークをもつ光となる。そのため、均一照度で照明できる範囲が限定されるといった問題があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、出射面近傍の所定の領域を均一強度で、かつ効率よく照射することが可能な照明装置を提供することを目的とする。また、照度を上げると共に、画像読取位置を均一強度で照明することにより、高精度な読取が可能となる画像読取装置を提供することを目的とする。

この発明に係る照明装置は、線状に配列する光源、及び上記光源からの光を透過させ、上記光源の配列方向と直交する断面での形状が、上記光源側が狭い台形形状である導光体を備えたものである。

また、この発明に係る画像読取装置は、線状に配列する光源と、上記光源からの光を透過させ、上記光源の配列方向と直交する断面での形状が、上記光源側が狭い台形形状である導光体とを有する照明光学系、上記光源の配列方向を主走査方向とし、上記光源からの光が出射する上記導光体の出射面近傍に設定された原稿読取位置を、原稿が上記主走査方向に直交する副走査方向に移動するように、上記原稿の移動を制御する手段、及び上記原稿読取位置にある原稿を透過した光を読取る画像読取光学系を備えたものである。

この発明の照明装置は、台形形状の導光体により光源からの光線の放射方向を制御するので、出射面近傍の所定領域内において、ほぼ同じ明るさの照明が可能となる。

この発明の画像読取装置は、原稿位置が画像読取位置の領域内で変動しても、ほぼ同じ明るさの照明が可能であり、原稿の濃淡を正確に検出することができる。

実施の形態１．
図１及び図２は本発明の実施の形態１による画像読取装置を示す図であり、図１は副走査方向の断面構成図、図２は副走査方向に直交する主走査方向の一部分を示す断面構成図である。
本実施の形態の画像読取装置は、照明光学系と、原稿１を挟むカバーガラス２，３、及び読取光学系で構成される。
原稿１は、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とではさまれた空間を、たとえばプラテン９等を駆動することにより、矢印で示す紙送り方向（副走査方向）に移動する。
照明光学系は、ＬＥＤなどを主走査方向に線状に配列して構成された光源４と、この光源４を搭載する基板１０と、上記主走査方向を長軸方向、副走査方向を短軸方向とする導光体５とで構成され、光源４からの光線１１は、導光体５内を透過後、第２のカバーガラス３を介して原稿１面を照明する。
読取光学系は、ロッドレンズアレイ６と、ラインセンサＩＣ７を搭載するセンサ基板８とで構成され、ラインセンサＩＣ７の読取位置（画像読取ライン）１２は主走査方向に設定されている。原稿１を透過する光のうち、読取位置１２上にある光（読取光）は、ロッドレンズアレイ６によってラインセンサＩＣ７に１対１で正像転写され、該ラインセンサＩＣ７により電気信号に変換される。
上記照明光学系及び上記読取光学系は、上記主走査方向に、原稿１の幅（主走査方向の幅）と等しいか、それ以上の長さの領域に配置される。また、ＬＥＤ４は、原稿面での、主走査方向における照度が均一になるように、所定の間隔で配置されている。
原稿１が、たとえばプラテン９などで移動されると、読取光学系は、読取位置１２にある原稿１の画像（情報）を順次読取り、最終的に原稿面全体の情報が電気信号に変換されることになる。
上記読取位置１２は、光源からの光が出射する導光体の出射面近傍に設定され、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３とで原稿１を挟むことにより、原稿１が上記読取位置１２を通過するように制御される。

ここで、原稿１は、しわやそりのため、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間隔が狭いと、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間を通過することができない。そこで、第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間隔を１〜２ｍｍ程度開ける必要がある。原稿１の濃淡を正確に読取るためには、このような間隔を有する第１のカバーガラス２と第２のカバーガラス３との間において、光軸方向（深度方向）に均一な照度の照明を行う必要がある。
また、照明光学系の光軸と読取光学系の光軸とを軸合わせは、装置組み立ての精度に依存し、ある程度の軸ずれ、たとえば±１ｍｍ程度のずれを許容すると、原稿１の濃淡を正確に読取るためには、副走査方向において、この範囲（±１ｍｍ程度）で均一な照度の照明を行う必要がある。
すなわち、深度方向、及び副走査方向での照度を、原稿読取位置近傍の所定の領域で均一化する必要がある。
本実施の形態では、図１に示すように、導光体５の副走査方向の断面形状を、ＬＥＤ４側が狭い台形形状にしており、このような構成によって、導光体５の出射面近傍に設定される原稿読取位置近傍の所定の領域を均一強度で照射することができる。

図３は導光体５の副走査方向の断面形状が長方形であるときの、原稿面での照度分布の光線追跡による計算結果例であり、図４は導光体５の副走査方向の断面形状が、ＬＥＤ４側が狭い台形形状であるときの、原稿面での照度分布の光線追跡による計算結果例である。図３及び図４において、横軸は副走査方向での読取中心（光軸とほぼ一致）からの距離、縦軸は光強度（相対値）、ｄは第２のカバーガラス３の上面からの距離を示す。
図３において照度分布は、副走査方向に対し、読取中心の照度が高く、両側に向けて照度が低下している。また、中心照度に関しては、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍで大きく変化しており、ｄ＝１ｍｍの照度を基準にすると±４０％程度の照度差が発生している。これに対して、図４における照度分布は、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍのいずれも、副走査方向に対し、中心から±１ｍｍ以内の領域でほぼ均一の光強度が得られており、照度もｄ＝１ｍｍの照度を基準にして±１０％以内の照度差に収まっている。

このように、導光体５の副走査方向の断面形状が、ＬＥＤ４側が狭い台形形状であると、深度方向、副走査方向での照度を必要な範囲で均一化することができる。

なお、上記実施の形態では、ＬＥＤ４が所定の間隔で配置されているものを示したが、連続して配置されていても良い。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る導光体の短軸方向（副走査方向）の断面構成図である。
導光体５は、副走査方向の断面形状が、ＬＥＤ４側が狭い台形形状であり、光源からの光が入射する導光体５の入射面に垂直な面と、長軸方向（主走査方向）に沿った導光体側面との角度（図５においては、底辺に垂直な線に対する斜辺の角度）をθとする。θを３度から１０度にすることにより、深度方向、副走査方向での照度を所定の範囲で均一な照度にすることができる。

図６（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれθを３度、５度、７度にした場合の副走査方向の照度分布を示す。３度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍでの副走査方向中心位置での照度分布はほぼ一致しているが、ｄ＝２ｍｍで副走査方向の均一領域が狭くなっている。一方、７度では、ｄ＝０ｍｍ、ｄ＝１ｍｍ、ｄ＝２ｍｍとも副走査方向の均一領域が±３ｍｍ程度にまで広がっているが、深度方向の照度が±１０％程度変化している。従って、θは５度を中心とした領域が望ましい。深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±２０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で２０％以内とすると、θは３度〜１０度の範囲とすればよい。また、深度方向の照度のばらつきの許容範囲を±１０％以内、副走査方向での照度のばらつきの許容範囲を中心から±１ｍｍ以内で１０％以内とすると、θは３度〜７度の範囲とすればよい。

なお、本実施の形態は、第２のカバーガラス３の厚みが２ｍｍの場合の実験結果を示すものであり、読取位置１２が、導光体の出射面より光学長にして少なくとも１．４ｍｍの距離にある場合のθの最適値を示しており、θが３度〜１０度の範囲、望ましくは３度〜７度で、ｄ＝０〜２ｍｍに対し所定の照度の均一性が得られることを示した。
したがって、画像読取装置の場合、画像読取位置と導光体の出射面との距離を、光学長にして少なくとも１．４ｍｍ以上、３．４ｍｍ以下の領域にし、θを３度〜１０度、望ましくは３度〜７度にすれば、読取精度の高い装置が得られる。

画像読取位置と導光体の出射面との距離が上記実施の形態と異なる場合にも、副走査方向の導光体の断面形状を、光源側が狭い台形形状とし、さらに上記θを所定の角度に設定すれば、上記実施の形態と同様、画像読取位置近傍での照度が深度方向及び副走査方向で均一化でき、原稿位置が画像読取位置の領域内で変動しても、同じ明るさの照明が可能となり、原稿の濃淡を正確に検出することができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３による画像読取装置の主走査方向の一部を示す断面構成図である。図７に示すように、光源（ＬＥＤ）４を配列する配列方向（主走査方向）の間隔をＬ、導光体５の深度方向の高さをＨとする。図８は、Ｌを一定値にし、Ｈを変化させた時の照度分布を示す図であり、光線追跡計算によって求めた原稿面（ｄ＝１ｍｍ）での主走査方向の照度分布を示す。図８（ａ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝５ｍｍ、図８（ｂ）は、Ｌ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１０ｍｍ、図８（ｃ）はＬ＝１０ｍｍ、Ｈ＝１５ｍｍの場合の照度分布である。導光体５の高さが高くなると主走査方向の照度分布が均一になることがわかる。図８（ａ）のＨ／Ｌ＝１／２における照度分布の偏差（ＭＡＸ−ＭＩＮ）／（ＭＡＸ＋ＭＩＮ）は、約２０％であり、図８（ｂ）のＨ／Ｌ＝１における照度分布の偏差は１０％、図８（ｃ）のＨ／Ｌ＝１．５における照度分布の偏差は１０％以下である。主走査方向の照度分布は２０％以下、望ましくは１０％以下の偏差に抑えることが望ましい。したがって、導光体の高さＨが、Ｈ／Ｌ≧１／２、望ましくはＨ／Ｌ≧１となるようにするとよい。

なお、上記実施の形態は、Ｌ＝１０ｍｍの場合を示したが、Ｌを変化させた場合にも同様の実験結果が得られた。
以上の結果より、導光体の高さＨを、Ｈ／Ｌ≧１／２、望ましくはＨ／Ｌ≧１とすることにより、主走査方向における照度分布が均一になる。
また、上記実施の形態は、第２のカバーガラス３の厚みが２ｍｍ、ｄ＝０ｍｍの場合の実験結果を示すものである。ｄ＞０ｍｍに対しても同様の結果が得られており、実施の形態２の構成のものと組み合わせ、台形形状のθを所定の値に設定すると共に、Ｈ／Ｌを１／２以上、望ましくは１以上とすれば、画像読取位置近傍での照度が深度方向、副走査方向、及び主走査方向で均一化でき、読取精度の高い装置が得られる。

なお、上記各実施の形態では、光源であるＬＥＤとして１色のみについて説明したが、カラー原稿等の読取のために複数色のＬＥＤを交互に配置しても良い。この場合、ＬＥＤの間隔Ｌは１色毎と考える。

また、上記各実施の形態では読取光学系としてロッドレンズアレイを用いた構成を示したが、読取光学系として複数のレンズ、ミラーの組み合わせによる構成でも同様の効果を奏する。

本発明の実施の形態１による画像読取装置の副走査方向の断面構成図である。 本発明の実施の形態１による画像読取装置の主走査方向の一部の断面構成図である。 導光体の副走査方向の断面形状が長方形であるときの原稿面での照度分布の計算結果を示す図である。 本発明の実施の形態１に係わる導光体の原稿面での照度分布の計算結果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る導光体の副走査方向の断面構成図である。 本発明の実施の形態２に係る導光体のθを変化させた場合の照度分布の計算結果を示す図である。 本発明の実施の形態３による画像読取装置の主走査方向の一部の断面構成図である。 本発明の実施の形態３に係る導光体の高さＨを変化させた場合の照度分布の計算結果を示す図である。

符号の説明

１ 原稿、２ 第１のカバーガラス、３ 第２のカバーガラス、４ 光源、５ 導光体、６ ロッドレンズアレイ、７ ラインセンサＩＣ、８ センサ基板、９ プラテン、１０ ＬＥＤ基板、１１ 光線、１２ 読取位置。

Claims (4)

1. 線状に配列する光源、及び上記光源からの光を透過させ、上記光源の配列方向と直交する断面での形状が、上記光源側が狭い台形形状である導光体を備えたことを特徴とする照明装置。
2. 線状に配列する光源と、上記光源からの光を透過させ、上記光源の配列方向と直交する断面での形状が、上記光源側が狭い台形形状である導光体とを有する照明光学系、上記光源の配列方向を主走査方向とし、上記光源からの光が出射する上記導光体の出射面近傍に設定された原稿読取位置を、原稿が上記主走査方向に直交する副走査方向に移動するように、上記原稿の移動を制御する手段、及び上記原稿読取位置にある原稿を透過した光を読取る画像読取光学系を備えたことを特徴とする画像読取装置。
3. 光源からの光が出射する導光体の出射面と画像読取位置との距離が、光学長にして１．４〜３．４ｍｍであり、上記光源からの光が入射する上記導光体の入射面に垂直な面と、主走査方向に沿った導光体側面との角度θが、３度〜１０度の範囲であることを特徴とする請求項２記載の画像読取装置。
4. 照明光学系は、複数の光源が主走査方向に間隔Ｌで並んだ構成であり、光軸方向の導光体の高さＨが、上記間隔Ｌの１／２以上の高さであることを特徴とする請求項２または３記載の画像読取装置。

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