JP2008118246A - 光照射装置および画像読取装置ならびに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を低減可能とし、原稿露光面に対し十分な照度を確保でき、また画像読取位置以外へ向かう直接光を減らし、良好な照度分布を得るとともに、主走査方向における照度ムラを抑える。
【解決手段】相対向する一対のＬＥＤアレイ２１を構成する各ＬＥＤ２２を、光出射する対向する側において、それぞれが互い違いになるように千鳥状に配置し、両ＬＥＤアレイ２１を単一の基板２３の実装部２４に実装する。この基板２３には、各ＬＥＤアレイ２１が実装される部分として対向端を上方に折曲させて前記実装部２４を形成し、この実装部２４の上面中央部にＬＥＤ２２を主走査方向に並べて実装する。さらに、照射対象物である原稿が位置するコンタクトガラス４０１表面における被照射面を仮想中心軸Ｌとして、ＬＥＤアレイ２１を対称位置に設置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物に対して照射光を出射する光照射装置、および該光照射装置を光源部に搭載する光学的な画像読取装置ならびに画像形成装置に関するものである。

原稿に光を照射し、原稿の反射光をＣＣＤ，ＣＭＯＳなどで構成される撮像素子で受光し、光電変換して画像情報を読み取る画像読取装置として、図６，図７に示すような構成のものがある。

図６，図７において、光源として円筒形状のキセノンランプ１を備えた構成となっており、キセノンランプ１の照射光をコンタクトガラス２上の原稿に照射し、原稿からの反射光をレンズ３を介して撮像素子４に集光し、この撮像素子４で光電変換して電気信号を出力する。

また、前記原稿からの反射光を偏向する第１ミラー５を含む第１走行体６と、第２ミラーからの光をさらに偏向する第２ミラー７，第３ミラー８を含む第２走行体９とを備え、前記第１走行体６および第２走行体９が画像読取装置に設けられた図示しないレール上を走行することにより原稿をスキャンする。本例では、第１走行体６は、図８に示すように、キセノンランプ１と、キセノンランプ１からの光を反射して照度分布を適正化したり、切り貼り原稿読取時の影をなくすための反射板１０を備えた構成にしている。

近年、画像読取装置に対して、光源の立ち上がりの高速化，省エネルギ化，長寿命化に対する要望があり、前記キセノンランプ１の代替光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用する構成が実用化されてきている。ＬＥＤを縮小光学系に採用する場合、等倍光学系に比べて原稿面から撮像素子までの距離が長くなり、その間での光の減衰が大きいため、等倍光学系と同等の像面照度を得るには、より高い原稿面照度が必要となる。

そのため、図９（ａ）の概略構成図、図９（ｂ）の要部の斜視図に示すように、複数のＬＥＤ１１を基板１２上に、主走査方向に対してアレイ状に並べて配置し、原稿面での照度を上げるような試みがなされている。図９において、図６〜図８にて説明した部材と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。

また、光源にＬＥＤを用いて、より高い原稿面照度を得るための構成として、例えば、特許文献１に記載されているような、原稿露光面に対して対向させてＬＥＤを配置する技術が知られている。
特開２００５−７０４６３号公報

特許文献１の技術では、ＬＥＤの実装面において、半田パターンからなる光反射膜を用いて照度を有効利用するものであるが、かかる技術では、ＬＥＤを実装するための基板を、それぞれ別体としているため、各々を固定，保持するための部材が必要となり、結果的に部品点数の増加を招いて、コストアップとなってしまう。

一方、原稿に光を照射し、その拡散反射光の一部を結像させて画像を読み取る画像読取装置においては、原稿面の画像読取位置以外の部分に光が照射されると、その光が原稿面で反射した後、ＣＣＤ面に到達してしまい、原稿を忠実に読み取れなくなってしまう。

そのため、原稿面で極力良好な照度分布を得るため、光源の発光面を原稿面に対し傾けて配置したり、光源の光軸に対する対面に反射板を設けるなどの工夫がなされている。

また、例えば原稿が浮いた場合などには、その原稿の浮いた角度と、光源からの入射光の角度により、意図しない正反射光が撮像素子に入り込むという現象が生じる。この現象は、光源がキセノンランプのように面発光で、主走査方向にほぼ均一な拡散光を射出できる場合には、画像上に本来の画像より明るい帯状の領域が形成することができるが、ＬＥＤアレイのように、発光素子の点光源が主走査方向に複数並んだ光源の場合には、その配置している発光素子の数と同数の明るい領域が点状に現れることになり、特にＬＥＤの場合には指向性が高い光源であるため、画像への影響が大きくなる。

本発明は、前記従来の課題を解決するため、部品点数を低減可能とし、原稿露光面に対し十分な照度を確保でき、また画像読取位置以外へ向かう直接光を減らし、良好な照度分布を得るとともに、主走査方向における照度ムラを抑える光照射装置および画像読取装置ならびに画像形成装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る光照射装置の発明は、複数個の発光素子を列設してなる少なくとも一対の光源を、照射対象物における被照射面を仮想中心軸として光出射側を対向させ、かつ対向する前記発光素子の配置が千鳥状になるように単一の基板上に設けたことを特徴とし、この構成によって、各々の発光素子アレイを支持する部材を単一の基板として、部品点数の低減可能とするとともに、隣接する発光素子間の照度低下を対向する側における発光素子によって補完することにより、主走査方向の照度ムラを抑えることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光照射装置において、列設された各発光素子のピッチ間にそれぞれ遮光部材を設けたことを特徴とし、この構成によって、発光素子間で明るい領域と暗い領域が交互に分布することを防ぐように遮光部材により、することにより、均一な照度分布を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の光照射装置において、遮光部材は対向する発光素子に対して正対する位置に配したことを特徴とし、この構成によって、照度が高い領域の光量を効果的に遮光することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３記載の光照射装置において、遮光部材を基板に一体に形成したことを特徴とし、この構成によって、特別な部材として遮光部材を追加して設ける必要がなくなり、部品数を増加することなく簡易な構成となる。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜４いずれか１項記載の光照射装置において、遮光部材が略円弧形状であることを特徴とし、この構成によって、遮光部材の形状を円弧形状とすることにより、光源からの光量分布をより効果的に均一にすることができ、主走査方向の照度ムラを、より低減することが可能になる。

請求項６に記載の発明は、請求項２〜５いずれか１項記載の光照射装置において、遮光部材の表面を黒色またはつや消し状態にしたことを特徴とし、この構成によって、遮光部材によって反射された光が他の光学素子へ入射することを防ぐことができ、例えば撮像素子であればフレアと呼ばれる異常画像をなくすことが可能になる。

請求項７に記載の発明は、請求項１または４記載の光照射装置において、発光素子を実装する基板の熱伝導率（ｋ）が５０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であるように設定したことを特徴とし、この構成によって、十分を放熱効果を得ることができ、その結果、発光素子からの発熱を効果的に放熱することができて、発光素子の長寿命化を可能にする。

請求項８に記載の発明は、読取対象画像を照明するための光源部と、該光源部が設置される走行体と、前記読取対象画像からの反射光を受光する撮像素子とを備え、該撮像素子の光電変換にて画像情報を読み取る構成の画像読取装置であって、前記光源部として請求項１〜７いずれか１項記載の光照射装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、本発明に係る光照射装置を備えたことにより、低コストで、かつ、より原稿に忠実な画像の読み取りが可能な画像読取装置が実現する。

請求項９に記載の発明は、画像読取部と、該画像読取部からの画像情報を受けて記録媒体に画像を形成する画像形成部とを備えた画像形成装置において、前記画像読取部として請求項８記載の画像読取装置を搭載したことを特徴とし、この構成によって、本発明に係る光照射装置を搭載した画像読取装置を備えたことにより、低コストで、かつ、より原稿に忠実な画像の読み取りが可能となるため、高品位の画像形成が行われる画像形成装置が実現する。

本発明に係る光照射装置によれば、各々の発光素子アレイを支持する部材を単一の基板として、部品点数の低減可能とするとともに、隣接する発光素子間の照度低下を対向する側における発光素子によって補完することができ、主走査方向の照度ムラを抑えることができるなど、実際上の効果が大である。

また、本発明に係る光照射装置を搭載した画像読取装置によれば、低コストで、かつ、より原稿に忠実な画像の読み取りを行うことができる。

また、本発明に係る光照射装置，画像読取装置を用いた画像形成装置によれば、低コストで、かつ、より原稿に忠実な画像の読み取りが可能となるため、高品位の画像形成を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置の実施形態であるカラー画像形成装置の概略構成図であって、１００は画像形成部、２００は給紙部、３００は画像読取部、４００は原稿給紙部である。

画像形成部１００には、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ），黒色（Ｂｋ）に対応したトナー像が形成される感光体１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄと、各感光体１０１ａ〜１０１ｄの周囲にそれぞれ配設される帯電部１０２，露光部１０３，トナー現像部１０４，クリーニング部１０５からなる公知の電子写真方式の画像形成プロセス１０６と、各感光体１０１ａ〜１０１ｄに各中間転写部１０７で接して各色のトナー像が転写され、表面にカラートナー画像が形成される中間転写ベルト１０８と、レジストローラ１０９にて搬送される記録媒体としての用紙に対して中間転写ベルト１０８表面のカラートナー画像を転写する転写部１１０が設置されている。

さらに、転写部１１０でカラートナー画像が転写された用紙は、搬送ベルト１１１により定着部１１２へ送られ、トナー画像の定着処理が行われ、その後、排紙ローラ１１３にて装置外の排紙トレイ１１４へ排出される。

また、定着部１１２近傍には、一面に画像が形成された用紙の他面にも画像を形成するため、用紙を反転してレジストローラ１０９に再度搬送するための搬送路切替爪１１５および用紙反転装置１１６が設置されている。

給紙部２００には、用紙Ｐが収納されている複数の給紙カセット２０１と、使用が選択された用紙Ｐが収納されている給紙カセット２０１から前記レジストローラ１０９へ用紙Ｐを搬送する搬送ローラ２０２，搬送ガイド２０３などが設置されている。

画像読取部３００には、後述する本願発明に係る光照射ユニットなどが搭載されており、原稿給紙部４００下部のコンタクトガラス４０１に載置された原稿、あるいはコンタクトガラス４０１上を移動する原稿を読取対象として光照射し、その反射光を結像レンズで撮像素子に結像させ、光電変換させて読取対象の画像データを読み取る。そして、画像読取部３００では原稿読取ユニットが、図示しない駆動装置によって所定の速度で横方向（副走査方向）に走査され、原稿の２次元画像を読み取ることができる構成になっている。

原稿給紙部４００には、原稿載置台４０２と原稿排出トレイ４０３と原稿搬送ローラ４０４が設置され、原稿搬送ローラ４０４により原稿を、原稿載置台４０２からコンタクトガラス４０１上を通して原稿排出トレイ４０３へと搬送する構成になっている。

前記画像読取部３００は光照射ユニット以外は基本的には図６，図７に示す構成と同様のものであって、図６，図７を参照して説明すると、光照射ユニット２０および両端支持された第１ミラー５よりなる第１走行体６と、同様に両端支持された第２ミラー７、第３ミラー８よりなる第２走行体９と、原稿の反射光をＣＣＤなどの撮像素子４上に結像させるレンズ３が設けられており、ホストコンピュータから送られてくる１ラインごとの画像読取要求の信号に応じて、第１走行体６と第２走行体９は、それぞれ２：１の速度で原稿に沿って移動しながら画像の読み取りを行うよう構成されている。

第１走行体６が一定の速度で往動するとともに、第２走行体９が第１走行体６の１／２の速度で第１走行体６に追従して往動する。これにより、コンタクトガラス２上の原稿が光学的に走査される。コンタクトガラス２上の原稿が光照射ユニット２０により照明されて、その反射光像が第１ミラー５，第２ミラー７，第３ミラー８を介してレンズ３に導かれ、光学レンズ３により撮像素子４上に結像される。

撮像素子４では、結像された原稿の反射光像を光電変換してアナログ画像信号とし、原稿の読み取りが行われる。そして、原稿の読み取り終了後に、第１走行体６と第２走行体９はホームポジション位置に復動する。

なお、撮像素子４から出力されたアナログ画像信号は、アナログ／デジタル変換器によりデジタル画像信号に変換され、画像処理回路を搭載した回路基板において、各々の画像処理（２値化，多値化，階調処理，変倍処理，編集処理など）が施される。

ここで前記画像読取部３００などに用いられる本発明の特徴である光照射ユニットについて検討すると、これらの光源に使用される図８に示すキセノンランプ１と、図９に示すＬＥＤ１１からなるランプとを比較すると、図１０（ａ）のように、面発光で主走査方向にほぼ均一な拡散光を射出できるキセノンランプ１に対し、図１１（ａ）のように、点発光であるＬＥＤ１１を基板１２に主走査方向に並べて配置したＬＥＤアレイの場合では、主走査方向の照度分布がキセノンランプ１のようにフラットに近い状態（図１０（ｂ））にならず、主走査方向にＬＥＤ１１のピッチに相当したリップル状の照度ムラが現れる（図１１（ｂ））。

図１１（ｂ）に示す現象は、原稿面での拡散反射成分に関する問題であるため、ＬＥＤ１１と原稿面の距離，ＬＥＤを配置するピッチ，ＬＥＤの指向性の３者の関係を最適化することで回避することが可能である。

しかし、コスト面を考えるとＬＥＤの数は少ない方が有利であり、また原稿面での照度を考えると、ＬＥＤと原稿面の距離は極力近い方が有利であるが、いずれもリップル状の照度ムラに関して不利となる。

そこで本発明者らは、研究／検討の結果、ＬＥＤアレイを、原稿露光面に対し対向して配置するとともに、主走査方向において千鳥状に配置して列設することによって、隣接するＬＥＤ間の照度の低下を、対向する側におけるＬＥＤによって補完することにより、主走査方向の照度ムラを抑えることができるという結論に達した。

図２は本発明に係る光照射装置の実施形態である光照射ユニットの一部を示す平面図、図３は図２の光照射ユニットの横断面図である。

図２，図３において、相対向する一対（複数に分割されている構成であってもよい）のＬＥＤアレイ２１を構成する発光素子である各ＬＥＤ２２を、光出射する対向する側において、それぞれが互い違いになるように千鳥状に配置してある。

両ＬＥＤアレイ２１は単一の基板２３の実装部２４に実装してある。すなわち、基板２３には、各ＬＥＤアレイ２１が実装される部分として対向端を上方に折曲させて前記実装部２４を形成し、この実装部２４の上面中央部にＬＥＤ２２を主走査方向に並べて実装している。さらに、照射対象物である原稿が位置するコンタクトガラス４０１表面における被照射面を仮想中心軸Ｌとして、ＬＥＤアレイ２１が対称位置にあるように構成している。

この構成にすることによって、各ＬＥＤアレイ２１を支持する部材を基板２３のみの単一部材とすることができ、部品点数の低減が可能になるとともに、隣接するＬＥＤ２２間の照度低下を、対向するＬＥＤアレイ２１側におけるＬＥＤ２２によって補完することができるため、主走査方向の照度ムラを抑えることができる。

このようにして主走査方向の照度ムラを低減することができるが、キセノンランプのような面発光光源の場合に比べ、ＬＥＤ２２のピッチ間がゼロでない限り、ＬＥＤ２２の配置隙間に対応して明るい領域と、暗い領域が交互に分布することになる（図４（ａ），（ｂ）参照）。

そこで本実施形態では、基板２３の実装部２４側端から突出するように、各ＬＥＤ２２のピッチ間に遮光部材２５を一体的に設け、各遮光部材２５を、対向する側の各ＬＥＤ２２に対して、それぞれ正対する位置に配置している。

このようにＬＥＤ２２のピッチ間に遮光部材２５を設置することにより、照度が高い領域の光量を遮光することによって、より均一な照度分布を得ることが可能になる（図５（ａ），（ｂ）参照）。

なお、実装部２４の対向端間は離れているため、図３に示すように、反射光Ｂを遮断することはない。

本実施形態では、遮光部材２５は平板状であって、図２に示すように、平面形状を円弧形状としている。これは通常、光源からの光量は円弧状（立体的に見れば、球形状）に分布（ランバート分布）することが知られており、光量レベルは断面において円弧状となる。

このため、本実施形態においては、遮光部材２５の形状を円弧形状とすることにより、ＬＥＤ２２の発光源からの光量分布を、より効果的に均一にすることができ、主走査方向の照度ムラを、さらに低減することが可能になる。

また、本実施形態では、遮光部材２５は、表面を黒色またはつや消しにしている。これによって、遮光部材２５によって反射された光が、例えば撮像素子４へ入り込むことを防ぐことができ、フレアと呼ばれる異常画像をなくすことができる。

また、本実施形態では、ＬＥＤ２２を実装している基板２３の材質の熱伝導率ｋを５０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上にしており、例えば、金属材料（アルミニウムの熱伝導率＝２３６Ｗ／ｍ・ｋ）などを用いれば、十分な放熱効果を得ることができ、その結果、ＬＥＤ２２からの発熱を効果的に放熱することができ、発光素子であるＬＥＤ２２の長寿命化を図ることができる。

光学的に画像情報を読み取る画像読取装置、および光学的に原稿画像を読み取る画像読取部３００を搭載した図１に示すようなカラー画像形成装置の適所に、本実施形態の前記構成の光照射ユニットを用いることにより、低コストで、良好な画像の読み取りが可能になり、また高品位な画像形成が行われる。

本発明は、各種の光照射装置に適用され、特に、デジタル複写機，ファクシミリ装置，イメージスキャナなどの光学的読取装置における光源部に適用して有効である。

本発明に係る画像形成装置の実施形態であるカラー画像形成装置の概略構成図 本発明に係る光照射装置の実施形態である光照射ユニットの一部を示す平面図 本実施形態の光照射ユニットの横断面図 （ａ）は本実施形態におけるＬＥＤの配置（遮光部材なし）を説明する構成図、（ｂ）は（ａ）の構成の場合における照度分布図 （ａ）は本実施形態におけるＬＥＤの配置（遮光部材あり）を説明する構成図、（ｂ）は（ａ）の構成の場合における照度分布図 一般的な画像読取装置の概略構成図 図６に示す画像読取装置の要部を示す斜視図 従来のキセノンランプを使用した光源装置の構成図 （ａ）は従来のＬＥＤを使用した光源装置の構成図、（ｂ）は（ａ）の要部を示す斜視図 （ａ）はキセノンランプの構成図、（ｂ）はその照度分布図 （ａ）はＬＥＤアレイの構成図、（ｂ）はその照度分布図

符号の説明

２１ ＬＥＤアレイ
２２ ＬＥＤ
２３ 基板
２４ 実装部
２５ 遮光部材
３００ 画像読取部
４０１ コンタクトガラス

Claims (9)

1. 複数個の発光素子を列設してなる少なくとも一対の光源を、照射対象物における被照射面を仮想中心軸として光出射側を対向させ、かつ対向する前記発光素子の配置が千鳥状になるように単一の基板上に設けたことを特徴とする光照射装置。
2. 前記列設された各発光素子のピッチ間にそれぞれ遮光部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の光照射装置。
3. 前記遮光部材は対向する前記発光素子に対して正対する位置に配したことを特徴とする請求項２記載の光照射装置。
4. 前記遮光部材を前記基板に一体に形成したことを特徴とする請求項２または３記載の光照射装置。
5. 前記遮光部材が略円弧形状であることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の光照射装置。
6. 前記遮光部材の表面を黒色またはつや消し状態にしたことを特徴とする請求項２〜５いずれか１項記載の光照射装置。
7. 前記発光素子を実装する前記基板の熱伝導率（ｋ）が５０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であるように設定したことを特徴とする請求項１または４記載の光照射装置。
8. 読取対象画像を照明するための光源部と、該光源部が設置される走行体と、前記読取対象画像からの反射光を受光する撮像素子とを備え、該撮像素子の光電変換にて画像情報を読み取る構成の画像読取装置であって、前記光源部として請求項１〜７いずれか１項記載の光照射装置を搭載したことを特徴とする画像読取装置。
9. 画像読取部と、該画像読取部からの画像情報を受けて記録媒体に画像を形成する画像形成部とを備えた画像形成装置において、前記画像読取部として請求項８記載の画像読取装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

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