JP2008219511A - 照明ユニット、画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 縮小光学系などに用いた場合において、原稿の浮いた場合においても光源部の集光を良好に抑制し、良好な画像を得られるようにする。
【解決手段】 照明ユニット１０は、微小面積から光を発するＬＥＤからなる光源部１３を複数個配列して光を照射する装置であり、少なくとも照明ユニット１０の光源部１３の配列における中央付近の光源部１３の方向が光源部１３の配列方向に対して垂直ではなく、かつ、各光源部１３の方向が非同一であるという特徴を有している。ここで、「配列方向」とは、図３に示されるように、各光源部１３が配列されている方向であり、光源部１３の方向とは光源部１３の射出面に垂直な方向である。
【選択図】図３

Description

本発明は、照明ユニット、画像読取装置及び画像形成装置に関する。

画像読取装置において、キセノンランプ等の管灯に替わる新しい照明光源として、消費電力と発熱の少ないＬＥＤ光源を用いた照明ユニットが注目されるようになっている。ＬＥＤ光源を用いた照明ユニットとして、例えば、特許文献１に開示の技術では、ＬＥＤを一列に並べ、導光体を通して、原稿を照明する照明ユニットについて示されている。
また、別の公知技術として、特許文献２においては、配列したＬＥＤの前に長尺のレンズ系を配置して、ＬＥＤの配列と直交する方向への照明の集光度を高くする照明ユニットについて示されている。

さらに別の公知技術として、特許文献３においては、ＬＥＤからの照明光を一度反射ミラーで反射させてから原稿を照射する照明ユニットについて示されている。
その上、特許文献４，５においては、光源部を傾ける照明ユニットが示されている。
図１２に示すように。管灯、及びＬＥＤを用いた照明ユニット１０を用いた場合においても、画像読取装置における照明では、原稿台であるコンタクトガラス１の上の原稿２に反射した光のうち原稿２からの反射光が多い方向、つまり正反射方向では読み取らないことが一般的である。それは、正反射方向は、原稿２からの反射だけでなく、原稿台１の裏面からの反射も強く反射されるため、この裏面の反射光の成分もミラー３Ｃなどの光学系を介して図示しない光電変換素子に入射してしまうため、良好に画像を読み取ることが出来なくなるためである。
したがって、照明ユニット１０は、原稿面に対して、斜めに配置して原稿２を照明し、原稿２からの反射光のうち、原稿２に対して、垂直な方向の反射光を読み取るのが一般的である。こうすることにより、原稿台１の裏面からの反射光の影響をなくすことができる。

特開２００６‐０２５３０３号公報 特開２００５‐２７８１３２号公報 特開２００５‐２４１６８１号公報 特開２００４‐２１２５９２号公報 特開平８‐３１７１３３号公報

しかしながら、前記のように斜めから照明した場合であっても、図１３（ａ）に示すような、例えば本ｂなど綴じ部分を読み取るとき、綴じて原稿台１よりも遠くの位置にある折れ曲がった部分に照射した光が、ある特定の角度において、図１３（ａ）に示したように、正反射光が原稿台１の面の垂直方向に射出してしまう。そのため、正反射光が直接、図示しない光電変換素子に取り込まれ、その光量は通常の原稿を読み取っているときの反射光の光量よりも大きすぎるために、白抜けしてしまう。さらには、上記したようなＬＥＤを用いた照明ユニットでは、ＬＥＤそのものの像を画像読取装置で読み取ってしまうことになり、図１３（ｂ）に示したように、本ｂなどの原稿の綴じ部付近の画像は、白くドット抜けしたようになり、良好に原稿情報を読み取ることが出来なくなってしまうという問題がある。
この現象は、キセノンランプ等の管灯は拡散光源であることに起因して発生しにくく、指向性の強いＬＥＤ等で発生しやすい現象であり。また、密着型の等倍センサのように等倍結像素子自体の焦点深度が浅い場合では、指向性の強いＬＥＤ等を用いても発生しにくい問題であり、焦点深度の深い縮小系の光学系において見られる現象であること、さらに、光沢の強い原稿などの場合において顕著にみられる現象である。

これに対して、特許文献４，５において、光源部を傾ける照明ユニットが示されているが、ここに示されている照明ユニットは、結像系による周辺光量低下を補正することが目的であり、前述の問題の解決を目的としたものではない。
また、照明ユニット中央付近の光源部の方向が垂直であり、あるいは、照明ユニット中央付近の光源部の方向が垂直でないとしても、すべての光源部の方向が同一である例しか示されていない。

したがって、結像系による周辺光量低下の補正を達成できたとしても、原稿台から離れた原稿面の正反射光による影響を軽減させる手段については何等開示されてはいない。
そこで、本発明の目的は、縮小光学系などに用いた場合において、原稿の浮いた場合においても光源部の集光を良好に抑制し、良好な画像を得られるようにすることである。

請求項１に記載の発明は、微小面積から光を発する光源部を複数個配列してなり前記原稿台の下方から前記原稿台上の原稿に対して光を照射する照明ユニットにおいて、少なくとも前記光源部の配列における中央部分の光源部の当該光源部の射出面に垂直な方向が当該光源部の配列方向に対して鋭角をなし、かつ、前記各光源部の当該光源部の射出面に垂直な方向は非同一である、ことを特徴とする照明ユニットである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の照明ユニットにおいて、前記照明ユニットは、θａは半値角［°］であり、θｂは当該照明ユニットの配列における中央部分の前記光源部の当該光源部の射出面に垂直な方向と前記配列の方向とがなす角度であるとすると、前記光源部の配列における中央部分の光源部の当該光源部の射出面に垂直な方向は、
θｂ＜９０°−０．５＊θａ
であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の照明ユニットにおいて、前記光源部からの出射光を反射するミラー又は導光体を備えていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかの一項に記載の照明ユニットにおいて、前記各光源部が指向性を有していることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかの一項に記載の照明ユニットにおいて、中央部以外に前記光源部を配置していることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れかの一項に記載の照明ユニットにおいて、前記光源部がＬＥＤであることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の照明ユニットにおいて、前記ＬＥＤは、白色ＬＥＤであることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れかの一項に記載の照明ユニットにおいて、前記光源部は、それぞれ異なる色の光を発する複数台を備えていることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、原稿台上の原稿の画像を読み取る画像読取装置において、請求項１〜８の何れかの一項に記載の照明ユニットと、光電変換素子と、前記原稿での反射光を前記光電変換素子に結像させる結像素子と、を備えていることを特徴とする画像読取装置である。
請求項１０に記載の発明は、原稿の画像を読み取る画像読取装置と、前記画像読取装置で読取った画像データに基づいて画像形成を行なう画像形成部と、を備えている画像形成装置において、前記画像読取装置は、請求項９に記載の画像読取装置であることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１、２に記載の発明によれば、本などの綴じ部などの折れ曲がった原稿に当たって反射した正反射光が結像素子に入射したとしても、白ドット抜けを低減することができ、異常画像として発生することなく、良好な画像読み取りが可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、発光部の発光方向の光をミラーや導光体により反射することにより、放射強度の強い光を照明光として利用できるため、高効率の照明をすることができる。また、光源部の方向をさらに傾けることができるようになり、より白ドット抜けを低減することができる。
請求項４に記載の発明によれば、指向性を持つ光源を用いることにより、さらに白ドット抜けを低減することができる。また、光源の配置の自由度を広げることもできる。
請求項５に記載の発明によれば、照明ユニットの中央に光源部を配置しないことで、両側の照明を均一にすることができる。
請求項６に記載の発明によれば、キセノンランプ等の管灯に比べ、高光利用効率、低消費電力を実現することは可能である。また、指向性が強いＬＥＤを用いれば、さらに白ドット抜けを低減することができる。
請求項７に記載の発明によれば、白色ＬＥＤを用いることにより、フルカラーの画像情報を得るために必要となる色情報も読み取ることが可能となる。さらに、色情報を読み取る際には色にじみも発生し、白ドット抜けによる劣化が目立つが、本発明の照明ユニットにおいてはどの波長の光においても白ドット抜けを低減することができる。
請求項８に記載の発明によれば、光電変換素子の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各フィルタに対応した色の光源部を用いれば、光利用効率を上げて、フルカラーの画像情報を読み取ることも可能である。一般的にＬＥＤは、波長帯域が狭いため、光源部としては３色に限らず、別の色を増やして、原稿情報の色情報の再現性を高めることも可能である。さらに、色情報を読み取る際には色にじみも発生し、白ドット抜けによる劣化が目立つが、本発明の照明ユニットにおいては、どの波長の光においても白ドット抜けを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態の画像読取装置の説明図である。図１において、画像読取装置１００は、読取られるべき画像を有する原稿２が原稿台としてのコンタクトガラス１上に平面的に載置され、コンタクトガラス１の下部には照明手段を配置し、この照明手段としては後述する照明ユニット１０を用い、原稿２を斜め下方から照明する。
原稿２の照明された部分からの反射光（画像による反射光）は、第１走行体３に設けられた第１ミラー３Ｃにより反射された後、第２走行体４に設けられた第２ミラー４Ａ、第３ミラー４Ｂにより順次反射され、画像読取レンズ５を透過し、光電変換素子としてのラインセンサ６の撮像面上に原稿画像の縮小像として結像する。これらの第１、第２、第３ミラー３Ｃ、４Ａ、４Ｂは反射光学系を構成する。

第１走行体３、第２走行体４は、図示しない駆動手段により、それぞれ矢印方向（図１の右方）へ走行させられる。第１走行体３の走行速度はＶ、第２走行体４の走行速度はＶ／２であるものとする。この走行により、第１走行体３、第２走行体４は、それぞれ図１に破線で示す位置まで変位する。
照明ユニット１０は、第１走行体３と一体的に移動し、コンタクトガラス１上の原稿２の全体を照明走査する。
第１、 第２走行体の移動速度比は“Ｖ：Ｖ／２”であるので、照明走査される原稿部分から画像読取レンズに至る光路長は不変に保たれる。

光電変換素子であるラインセンサ６は、色分解手段として赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルタを持った光電変換素子（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）を、１チップに３列に配列させた３ラインＣＣＤ（３ラインのラインセンサ）であり、原稿２の照明走査に伴い、原稿画像を画像信号化する。このようにして原稿２の読取りが実行され、原稿２のカラー画像は、赤、緑、青の３原色に色分解して読取られる。
また、この画像読取装置１００は、画像をフルカラーで読み取る装置であって、画像読取レンズ５の結像光路中に設けられた色分解手段（前記３ラインＣＣＤに設けられた赤、緑、青のフィルタ）を有する。

なお、画像読取装置１００の他の形態として、コンタクトガラス上の原稿をスリット状に照明する照明手段と、ラインセンサと、原稿の被照明部からラインセンサに至る結像光路を形成する複数のミラーと、上記結像光路上に配置される画像読取レンズと、を相互に一体化した読取ユニットを、駆動手段により原稿に相対的に走行させることにより原稿を読取走査するようにした形態のものとしてもよい。
色分解は、上記とは別に、画像読取レンズとラインセンサ（ＣＣＤ）との間に色分解プリズムやフィルタを選択的に挿入し、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に色分解する方法やＲ、Ｇ、Ｂの光源を順次点灯させ原稿を照明する方法を用いることができる。

図２は、図１に示す画像読取装置を用いた本実施の形態の画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置は複写機である。この画像形成装置は、装置上部に位置する画像読取装置１００と、その下位に位置する画像形成部２００とを備えている。画像読取装置１００の部分は、図１を参照して説明したとおりの構成である。
画像読取装置１００の３ラインのラインセンサ（撮像手段）６から出力される画像信号は画像処理部１２００に送られ、画像処理部１２００において処理されて光書込み用の信号（イエロー・マゼンタ・シアン・ブラックの各色を書込むための信号）に変換される。
画像形成部２００は、潜像担持体として円筒状に形成された光導電性の感光体１１００を有し、その周囲に、帯電手段としての帯電ローラ１１１０、リボルバ式の現像装置１１３０、転写ベルト１１４０、クリーニング装置１１５０が配設されている。帯電手段としては帯電ローラ１１１０に代えてコロナチャージャを用いることもできる。
信号処理部１２００から書込み用の信号を受けて光走査により感光体１１００に書込みを行う光走査装置１１７０は、帯電ローラ１１１０と現像装置１１３０との間において感光体１１００の光走査を行う。
符号１１６０は定着装置、符号１１８０はカセット、符号１１９０はレジストローラ対、符号１２２０は給紙コロ、符号１２１０はトレイ、符号Ｓは記録媒体としての転写紙を示している。

画像形成を行うときは、光導電性の感光体１１００が時計回りに等速回転され、その表面が帯電ローラ１１１０により均一帯電され、光走査装置１１７０のレーザビーム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。
画像の書込みは、感光体１１００の回転に従い、イエロー画像、マゼンタ画像、シアン画像、黒画像の順に行われ、形成された静電潜像はリボルバ式の現像装置１１３０の各現像ユニットＹ（イエロートナーによる現像を行う）、Ｍ（マゼンタトナーによる現像を行う）、Ｃ（シアントナーによる現像を行う）、Ｋ（黒トナーによる現像を行う）により順次反転現像されてポジ画像として可視化され、得られた各色トナー画像は、転写ベルト１１４０上に、転写電圧印加ローラ１１４Ａにより順次転写され、上記各色トナー画像が転写ベルト１１４０上で重ね合わせられてカラー画像となる。

転写紙Ｓを収納したカセット１１８０は、画像形成装置本体に脱着可能であり、装着された状態においては、収納された転写紙Ｓの最上位の１枚が給紙コロ１２２０により給紙され、給紙された転写紙Ｓはその先端部をレジストローラ対１１９０に捕えられる。
レジストローラ対１１９０は、転写ベルト１１４０上のトナーによるカラ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Ｓを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Ｓは、転写部においてカラー画像と重ね合わせられ、転写ローラ１１４Ｂの作用によりカラー画像を静電転写される。転写ローラ１１４Ｂは、転写時に転写紙Ｓをカラー画像に押圧させる。
カラー画像を転写された転写紙Ｓは定着装置１１６０へ送られ、定着装置１１６０においてカラー画像を定着され、図示されないガイド手段による搬送路を通り、図示されない排紙ローラ対によりトレイ１２１０上に排出される。各色トナー画像が転写されるたびに、感光体１１００の表面はクリーニング装置１１５０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。
なお、画像形成部２００の構成は、周知の単色画像形成用の構成（Ｋの１色など）としてもよい。

次に、画像読取装置１００の照明ユニット１０について説明する。
まず、比較例として従来の照明ユニットについて説明する。図１１は、図１３（ａ）に示すように正反射光成分が光電変換素子に入射する環境におおける従来のスキャナ光学系の概略図である。原稿面２００１と受光素子２００２は共役関係にあり、この環境においては、ＬＥＤ２００３は受光素子２００２の前に共役関係となる場所（ＬＥＤ像面）がある。そのため白ドット抜けが発生することになる。光源部であるＬＥＤ２００３の方向（光源部の射出面に垂直な方向）は放射強度が最も強く、照明ユニットの中央においては光源部であるＬＥＤ２００３の方向の光がＬＥＤ像面に結像するため、白ドット抜けが強く発生する。なお、符号２００４は結像系となる結像レンズである。
また、図１０に示すように、各光源部であるＬＥＤ２００３の方向を同一にすると、周辺に配置された光源部であるＬＥＤ２００３による光が、白ドット抜けを強くなる。周辺の光源部であるＬＥＤ２００３による白ドット抜けが強くならないように傾けると、照明に寄与が小さい光源部であるＬＥＤ２００３が発生し、照明効率が悪くなる。
以上のことから、少なくとも照明ユニットの中央付近の光源部であるＬＥＤ２００３の方向が配列方向に対して垂直ではなくかつ各光源部であるＬＥＤ２００３の方向が同一ではないことにより、放射強度が強い光をＬＥＤ像面に結像しないようにすることができ、そのことにより白ドット抜けを低減することができることがわかる。ここで、照明ユニット中央付近の光源部であるＬＥＤ２００３とは、照明ユニット中央から最も近い光源部であるＬＥＤ２００３のことである。

続いて、本実施の形態における照明ユニット１０について説明する。
この照明ユニット１０は、図３に示すように、微小面積から光を発するＬＥＤからなる光源部１３を複数個配列して光を照射する装置であり、少なくとも照明ユニット１０の光源部１３の配列における中央付近の光源部１３の方向が光源部１３の配列方向に対して垂直ではなく（鋭角をなし）、かつ、各光源部１３の方向が非同一であるという特徴を有している。ここで、「配列方向」とは、図３に示されるように、各光源部１３が配列されている方向であり、光源部１３の方向とは光源部１３の射出面に垂直な方向である。
このような構成の照明ユニット１０を用いることにより、本の綴じ部などの折れ曲がった面に光が当たった時の正反射光成分が光電変換素子であるラインセンサ６へ入射される状態において、正反射光による白ドット抜けを軽減することができる。

図４の照明ユニット１０の例では、各光源部１３が照明ユニット１０の中心に向いており、図５の例では、各光源部１３が照明ユニット１０の外側に向いている。どちらの構成としても白ドット抜けを低減することができる。また、図６、図７に示すように、光源部１３ごとに方向を変化させても、白ドット抜けを低減することができる。また、白ドット抜けを低減するだけではなく、結像素子である画像読取レンズ５による周辺光量低下を補正することも可能である。

また、照明ユニット１０の中央付近の光源部１３の方向は、以下のような角度であることが望ましい。
“θｂ＜９０°−０．５＊θａ”
ここで、θａは半値角［°］（図８に示されるように、光源部１３から出射される光の強度分布を測定したとき、光の強度が最大値の半分になる方向）であり、θｂは照明ユニット１０の中央部分の光源部１３の当該光源部１３射出面に垂直な方向と光源部１３の配列方向とがなす角度［°］である（図３に図示）。

ランバート分布を持つ光源の場合、“θａ＝６０°”である。つまり、照明ユニット１０の中心にある光源部１３においては白ドット抜けに影響する光は最も放射強度が強い光から３０°以上ずれた光になる。そのため、最も放射強度が強い光を１とした場合に、“ｃｏｓ３０°≒０．８７”以下の放射強度を中心にした光が受光素子に入射するため、これにより、白ドット抜けを１３％程度低減することができる。

さらに白ドット抜けを低減するためには、以下の条件を満足することが望ましい。
“θｂ＜９０°−θａ”
ランバート分布を持つ光源の場合、これにより、白ドット抜けを５０％程度低減することができる。
光源部１３には指向性を持つ光源を用いてもよい。これにより、さらに白ドット抜けを低減することができ、光源部１３の配置の自由度を広げることもできる。

また、図９で示すように、光源部１３の発光方向の光をミラーや導光体（部材１４）により反射するようにすれば、放射強度の強い光を照明光として利用することができるため、高効率の照明をすることができる。すなわち、ミラーや導光体を用いることにより光源部の方向を大きく傾けることができるようになり、より白ドット抜けを低減することができる。ここで、導光体とは、全反射を利用して、一端から入った光を他端に導く光学素子である。
さらに、照明ユニット１０の中央部には光源部１３を配置せず、照明ユニット１０の中央部以外に配置することが望ましい。照明ユニット１０の中央に光源部１３を配置すると、光源部１３の方向を傾けることにより、傾けた方向の照明量が多くなる問題が発生するためである。
また、光源部１３にＬＥＤを用いれば、キセノンランプ等の管灯に比べ、高光利用効率、低消費電力を実現することは可能である。また指向性が強いＬＥＤを用いれば、さらに白ドット抜けを低減することができる。

さらに、光源部１３に白色ＬＥＤを用いることにより、フルカラーの画像情報を得るために必要となる色情報も読み取ることが可能となる。さらに、色情報を読み取る際には色にじみも発生し、白ドット抜けによる劣化が目立つが、照明ユニット１０を用いることにより、どの波長の光においても白ドット抜けを低減することができる。

また、それぞれ異なる色の光を発する複数台の光源部１３（ラインセンサ６の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各フィルタに対応した色の光源）を用いることにより、光利用効率を上げて、フルカラーの画像情報を読み取ることも可能である。一般的にＬＥＤは、波長帯域が狭いため、光源ユニット１０としては３色に限らず、別の色を増やして、原稿情報の色情報の再現性を高めることも可能である。さらに、色情報を読み取る際には色にじみも発生し、白ドット抜けによる劣化が目立つが、このような照明ユニット１０を用いることにより、どの波長の光においても白ドット抜けを低減することができる。

本発明の一実施の形態である画像読取装置の説明図である。 本発明の一実施の形態である画像形成装置の説明図である。 照明ユニットの説明図である。 照明ユニットの構成例の説明図である。 照明ユニットの構成例の説明図である。 照明ユニットの構成例の説明図である。 照明ユニットの構成例の説明図である。 半値角の説明図である。 照明ユニットの構成例の説明図である。 比較例としての照明ユニットの説明図である。 比較例としての照明ユニットの説明図である。 本発明の課題の説明図である。 本発明の課題の説明図である。

符号の説明

１ コンタクトガラス
２ 原稿
６ ラインセンサ
１０ 照明ユニット
１１ 光源部
１２ 反射部
１３ 光源ユニット

Claims (10)

1. 微小面積から光を発する光源部を複数個配列してなり前記原稿台の下方から前記原稿台上の原稿に対して光を照射する照明ユニットにおいて、
   少なくとも前記光源部の配列における中央部分の光源部の当該光源部の射出面に垂直な方向が当該光源部の配列方向に対して鋭角をなし、かつ、前記各光源部の当該光源部の射出面に垂直な方向は非同一である、ことを特徴とする照明ユニット。
2. θａは半値角［°］であり、θｂは当該照明ユニットの配列における中央部分の前記光源部の当該光源部の射出面に垂直な方向と前記配列の方向とがなす角度であるとすると、前記光源部の配列における中央部分の光源部の当該光源部の射出面に垂直な方向は、
   θｂ＜９０°−０．５＊θａ
   であることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
3. 前記光源部からの出射光を反射するミラー又は導光体を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明ユニット。
4. 前記各光源部が指向性を有していることを特徴とする請求項１〜３の何れかの一項に記載の照明ユニット。
5. 中央部以外に前記光源部を配置していることを特徴とする請求項１〜４の何れかの一項に記載の照明ユニット。
6. 前記光源部がＬＥＤであることを特徴とする請求項１〜５の何れかの一項に記載の照明ユニット。
7. 前記ＬＥＤは、白色ＬＥＤであることを特徴とする請求項６に記載の照明ユニット。
8. 前記光源部は、それぞれ異なる色の光を発する複数台を備えていることを特徴とする請求項１〜７の何れかの一項に記載の照明ユニット。
9. 原稿台上の原稿の画像を読み取る画像読取装置において、
   請求項１〜８の何れかの一項に記載の照明ユニットと、
   光電変換素子と、
   前記原稿での反射光を前記光電変換素子に結像させる結像素子と、
   を備えていることを特徴とする画像読取装置。
10. 原稿の画像を読み取る画像読取装置と、
    前記画像読取装置で読取った画像データに基づいて画像形成を行なう画像形成部と、
    を備えている画像形成装置において、
    前記画像読取装置は、請求項９に記載の画像読取装置であることを特徴とする画像形成装置。

Images