JP2010210672A - Original illumination device and image reader - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原稿情報を光学的に読み取る読取装置に使用される原稿照明装置、およびこの原稿照明装置を備えた画像読取装置に関するものである。 The present invention relates to a document illumination device used for a reading device that optically reads document information, and an image reading device including the document illumination device.
近年、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)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のような画像読取装置に使用される原稿照明装置がある。さらに、白色発光型のLED素子における発光スペクトルは可視域の波長帯をカバーしており、カラー画像読取装置の原稿照明装置にも使用することができる。 In recent years, light emitting diodes (LEDs) have been actively developed, and the brightness of LED elements is rapidly increasing. 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 used for an image reading apparatus such as a digital copying machine or an image scanner. Further, the emission spectrum of the white light emitting LED element covers the visible wavelength band, and can be used for a document illumination apparatus of a color image reading apparatus.
このため、LEDを用いた多種多様な原稿照明装置が提案されている。LED素子の発光面から放出する光束を効率よく画像読取部を照明するため、導光板や反射ミラーを用いて拡散光束を適度に集束して照明する技術が開示されている。 For this reason, a wide variety of document illumination devices using LEDs have been proposed. In order to efficiently illuminate an image reading unit with a light beam emitted from a light emitting surface of an LED element, a technique for illuminating a diffused light beam by using a light guide plate or a reflection mirror to an appropriate degree is disclosed.
照明光源としてLEDを用いた原稿照明装置は、低速機において製品化されているが、中・高速機においては未だ製品化には至っていない。中・高速機においては読取速度が高速化されるため、高照度な照明装置を実現する必要がある。 Document illuminators using LEDs as illumination light sources have been commercialized in low speed machines, but have not yet been commercialized in medium and high speed machines. In medium and high speed machines, since the reading speed is increased, it is necessary to realize an illumination device with high illuminance.
高照度化に伴い、照明効率も改善する必要がある。従来のランプ光源における照明効率はたかだか数%と極めて低いものが多かった。LED照明方式の高照度化に伴い、照明効率は重要なファクターになることが予想される。 As the illuminance increases, the lighting efficiency needs to be improved. The illumination efficiency of the conventional lamp light source is often very low at several percent. With the increase in illuminance of the LED lighting system, the illumination efficiency is expected to become an important factor.
また、LED照明装置においては安全性の確保にも留意する必要がある。現状ではLED光源はLD(レーザダイオード)光源に準じた安全規格が定められており、所定の安全規格を満たす必要がある。装置の安全性はJQA(日本品質保証機構)において試験されて、所定の基準に従いランク分けが行われる。特に、高パワーLEDを搭載した照明装置においてユーザの網膜の光損傷を未然に回避する必要がある。 Moreover, it is necessary to pay attention to ensuring safety in the LED lighting device. At present, the LED light source has a safety standard according to an LD (laser diode) light source, and it is necessary to satisfy a predetermined safety standard. The safety of the device is tested by JQA (Japan Quality Assurance Organization) and ranked according to a predetermined standard. In particular, it is necessary to avoid light damage to the user's retina in a lighting device equipped with a high power LED.
また、従来の中・高速機に搭載されていた照明装置と比較して、同等乃至はそれ以下の装置サイズが求められている。 In addition, compared with conventional lighting devices mounted on medium- and high-speed machines, there is a demand for a device size that is equal to or smaller than that.
また、装置を小型化すると光源から原稿面までの距離が短くなるため、主走査方向の照明光の照度均一性が劣化して、リップルが発生しやすくなるため、この課題を解決する必要がある。 In addition, when the apparatus is downsized, the distance from the light source to the original surface is shortened, so that the illuminance uniformity of the illumination light in the main scanning direction is deteriorated and ripples are easily generated. Therefore, it is necessary to solve this problem. .
以下、上記の課題を踏まえて、LEDを用いた照明装置の先行技術文献を検討する。 Hereinafter, based on the above-mentioned problems, prior art documents of lighting devices using LEDs will be examined.
反射ミラーを用いて照明性能を改善する方式としては、例えば、特許文献1,2が挙げられる。特許文献1,2においては、原稿照射面に対して斜めに光源および照明系が配置されており、LEDから放射される光束のうち、最も強い放射角(これは、通常、発光面に垂直な方向である)を中心としたときの発散角の狭い光束成分は、原稿面を直接照明しており、また同時に、発散角の広い光束成分はミラーの反射作用によって原稿面に導かれているなど、共通した特徴がある。
For example,
特許文献1では曲面を有するミラーを用いた構成が例示されており、特許文献2では平面ミラーを用いた構成が例示されている。
また、特許文献2には発光面を包含する特殊な包含部材を設けたLED構造になっていいる。
Further,
特許文献1,2においては、照明系が原稿面に対して斜めに配置されていて、原稿面と垂直な方向の装置の厚さが厚くなっている。さらに発光面は、原稿面側に向けられていて、照明光源から原稿面までの光路長が短く構成されているという特徴がある。
In
特許文献1,2の開示情報から、当業者がこの装置を薄く改良するとともに、照明光路長を長くして、リップルを低減させる効果が得られる構成を想起することは容易ではない。特許文献1,2に示されている構成条件をベースにして装置を薄くすれば、光源から原稿面までの距離が短くなって、照度分布の平坦性が失われ、リップルが多発することが考えられる。
From the disclosure information of
また、特許文献2において使用するLEDは、発光面を包含する部材を要する特殊なものであることが記載されている。よって、特許文献2において開示されている照明技術において、汎用的でコストの低いLEDを使用することは難しいと考えられる。
Moreover, it is described that LED used in
また、特許文献1では対向照射機能が示されていないため、この技術を用いると、段差のある原稿を読み取る際に、段差部が影となって暗線を生じ易いことが考えられる。
Further, since the
特許文献3には、対向照明にして、原稿の浮きに対して対応できるようにした構成について記載されている。しかし、特許文献3においては、対向照明側にも光源が設けられており、光源の放射方向が原稿面側に斜めに配置されており、発光素子の発光面の法線は、原稿読取面の方向を向いている構成であるので、ユーザが発光している光源を見ることが容易な構成になっている。特許文献3には、ユーザが発光光源を直接的に見えないようにするための課題および解決手段については記載されていない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228667 describes a configuration in which opposed illumination is used to cope with the floating of the document. However, in
また、特許文献3において、発光素子に付随する回路基板は、副走査方向の断面において斜め下方に延在した構成が例示されており、照明装置は副走査方向断面において高さ方向が厚くなっている。
Further,
このように前記従来の技術では、対向照射が可能で、かつ照明装置の副走査方向断面の高さ方向を薄くするように構成することができる照明系を実現することが困難であった。 As described above, in the conventional technique, it is difficult to realize an illumination system that can be configured to be oppositely irradiated and that can be configured so that the height direction of the cross section in the sub-scanning direction of the illumination device is thin.
また、対向照明装置側にも照明光源を設けている照明装置においては、一方の照明装置からの放射光が他方の照明装置側に達することなく、被照明領域を効率よく照明できることが望ましい。 Moreover, in an illuminating device in which an illuminating light source is provided also on the counter illuminating device side, it is desirable that the illuminated area can be efficiently illuminated without the emitted light from one illuminating device reaching the other illuminating device side.
しかしながら、従来の対向照明装置の装置の片側にのみ光源を備えた装置においては、放射光の一部を対向照明用のミラーに導光するように構成配置されているため、この装置をベースにすると、一方の照明装置からの放射光が他方の照明装置側に導光されてしまう。従来の技術では、この点についての課題提起および解決手段が開示されていない。 However, in a device provided with a light source only on one side of a conventional counter illumination device, the device is configured and arranged to guide part of the radiated light to the mirror for counter illumination. Then, the emitted light from one lighting device is guided to the other lighting device side. The conventional technique does not disclose a problem proposal and a solution for this point.
さらに、定められた装置空間において、照明装置の片側のみに照明光源を備える構成の場合では、実現可能な照度上限値が低くなってしまう。また、光源からの放熱が照明装置に及ぼす影響のバランスが悪くなる。 Furthermore, in the case of a configuration in which the illumination light source is provided only on one side of the illumination device in the determined device space, the illuminance upper limit value that can be realized becomes low. In addition, the balance of the influence of the heat radiation from the light source on the lighting device is deteriorated.
以上のように、LEDという優れた発光素子を用いた照明装置については、これまで提案されているものの、上述したような課題について解決された照明装置は実現されていないのが現状である。 As described above, although an illuminating device using an excellent light emitting element such as an LED has been proposed so far, an illuminating device that has solved the above-described problems has not been realized.
本発明は、前記従来の技術の課題を解決し、大型化せずに主走査方向の照度分布の平坦性向上、かつ高照度照明の実現、および装置の安全性の確保などを実現することができる原稿照明装置および画像読取装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and can realize improvement in flatness of the illuminance distribution in the main scanning direction, realization of high illuminance illumination, and ensuring the safety of the apparatus without increasing the size. An object of the present invention is to provide a document illumination device and an image reading device.
前記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、複数のLED発光チップを実装したマルチチップLEDを被照明領域の主走査方向に複数個配列したLED照明光源と、該LED照明光源から放射される照明光を原稿読取面に導光する導光部材とを備えた原稿照明ユニット体が設置された原稿照明装置であって、前記原稿照明ユニット体が対向設置された原稿照明ユニットからなり、かつ前記各原稿照明ユニットを互いに前記原稿読取面の副走査方向の中心に対する両側に配置し、前記各原稿照明ユニットの前記LED照明光源の発光面を前記原稿読取面に対して逆方向かつ斜め下を向くように配設し、前記LED照明光源の発光面の法線と、前記原稿読取面の副走査方向の中心における法線とがなす角度を90度以下に設定し、前記導光部材により前記LED照明光源の発光面から出射する照明光を前記原稿読取面側へ反射させることを特徴とし、この構成によって、光源を下向きにしたのでLEDからの直接光がユーザの目に入らなくなるので、ユーザへの光損傷発生を回避することができ、対向する原稿照明ユニットに対して導光せずに、原稿読取面を効率よく照明することができる装置をコンパクトに構成することができる。さらに、法線交差角度を90度以下にして、導光部材の反射によって照明光路を折り返すようにしたので、照明装置を厚くすることなく、あるいは、従来よりも薄くして、光源から原稿読取面までの光路長を長くとることができる。これによって主走査方向に配列したLEDの照明光が相互に重畳され、主走査方向にリップルの少ない照明が可能となる。しかも、原稿読取面の副走査方向中心からみて片側の原稿照明ユニットだけに光源を配置するよりも高照度化を図れることができる上、同一照度を満たすのに必要なLEDチップの照度を低くできるため、発光に伴う熱的な問題が緩和される。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の原稿照明装置において、LED照明光源のLED発光チップが、1チップ内に少なくとも2つ以上の白色系LED発光チップを実装した構成のものであることを特徴とし、この構成によって、所定の主走査方向の幅内に配置可能な有限個数のLEDによって照明照度を向上することが可能となり、CIS(コンタクトイメージセンサ)タイプにも、また縮小読取りタイプにも対応可能な原稿照明装置を実現できる。 According to a second aspect of the present invention, in the original illuminating device according to the first aspect, the LED light emitting chip of the LED illumination light source has a configuration in which at least two white LED light emitting chips are mounted in one chip. With this configuration, it is possible to improve illumination illuminance by a finite number of LEDs that can be arranged within a predetermined width in the main scanning direction. The CIS (contact image sensor) type and the reduced reading type can also be used. Can be realized.
請求項3に記載の発明は、請求項1または2記載の原稿照明装置において、各原稿照明ユニットにおけるLED照明光源と導光部材とを互いに原稿読取面の副走査方向の中心に対して鏡面対称な配置構成にしたことを特徴とし、この構成によって、原稿読取面に効率よく照明光を導光することができるようになり、照明効率を改善することができる。 According to a third aspect of the present invention, in the document illumination device according to the first or second aspect, the LED illumination light source and the light guide member in each document illumination unit are mirror-symmetric with respect to the center of the document reading surface in the sub-scanning direction. With this arrangement, the illumination light can be efficiently guided to the document reading surface, and the illumination efficiency can be improved.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3いずれか1項記載の原稿照明装置において、両原稿照明ユニットにより重畳照明される原稿読取面における照度分布のピーク位置と、原稿読取面の副走査方向における中心位置とを一致させない構成にしたことを特徴とし、この構成によって、原稿読取位置が副走査方向にずれたときの照度の変化が緩やかになり、原稿読取位置の変動に対応できる構成となる。 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 peak position of the illuminance distribution on the original reading surface that is superimposed and illuminated by the two original illuminating units and the subordinate of the original reading surface. The configuration is such that the center position in the scanning direction does not coincide with the configuration, and with this configuration, the change in illuminance when the document reading position is shifted in the sub-scanning direction becomes gradual, and the configuration can cope with the variation in the document reading position It becomes.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4いずれか1項記載の原稿照明装置において、原稿照明ユニットのLED照明光源の発光面から導光部材の開口部までの光路に光拡散部材を設けたことを特徴とし、この構成によって、光源の像がぼけて大きくなって光拡散されることで、ユーザ側にて光源の像が直接見えなくすることができ、また、ユーザの目に達する光エネルギ密度が低下させることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the original illuminating device according to any one of the first to fourth aspects, the light diffusing member is provided in the optical path from the light emitting surface of the LED illumination light source of the original illuminating unit to the opening of the light guide member. With this configuration, the image of the light source is blurred and enlarged and light is diffused, so that the image of the light source can be made invisible directly on the user side and reaches the user's eyes. The light energy density can be reduced.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜4いずれか1項記載の原稿照明装置において、原稿照明ユニットの導光部材の開口部に光拡散部材を設けたことを特徴とし、この構成によって、請求項5に記載の発明と同様に、ユーザ側にて光源の像が直接見えなくすることができ、また、ユーザの目に達する光エネルギ密度が低下させることができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the document illumination device according to any one of the first to fourth aspects, a light diffusing member is provided in the opening of the light guide member of the document illumination unit. As in the fifth aspect of the invention, the image of the light source can be made invisible directly on the user side, and the light energy density reaching the eyes of the user can be reduced.
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6いずれか1項記載の原稿照明装置において、原稿照明ユニットの少なくとも一方の導光部材が、LED照明光源からの照明光を原稿読取面へ導光する機能と、他方の原稿照明ユニットに対して光遮蔽する機能とを兼ね備えた反射面を有することを特徴とし、この構成によって、照明光を外部に漏洩することなく反射面によって導光することにより、照明効率を高めることができる。また、2つの機能を具備することにより、スペースの小型化と部材点数削減によるコストダウンが可能になる。 According to a seventh aspect of the present invention, in the document illumination device according to any one of the first to sixth aspects, at least one light guide member of the document illumination unit guides illumination light from the LED illumination light source to the document reading surface. It has a reflecting surface that has both a function of illuminating and a function of shielding light with respect to the other document illumination unit. With this configuration, the illumination light is guided by the reflecting surface without leaking outside. Thereby, illumination efficiency can be improved. In addition, by providing two functions, it is possible to reduce the cost by reducing the size of the space and reducing the number of members.
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7いずれか1項記載の原稿照明装置において、各原稿照明ユニットの導光部材が、照明光をXYZ方向の立体光として、照明光を+Y成分と±X成分を含む方向に反射し、かつ互いに角度が異なる2面以上の反射面からなる構成であることを特徴とし、この構成によって、LED照明光源からの照明光を装置外部に漏洩させることなく、各反射面によって光開口部に導光され、照明効率を高めることができる。 According to an eighth aspect of the present invention, in the document illumination device according to any one of the first to seventh aspects, the light guide member of each document illumination unit uses the illumination light as three-dimensional light in the XYZ directions and the illumination light as a + Y component. It is characterized in that it is composed of two or more reflecting surfaces that reflect in the direction including the ± X component and have different angles, and this configuration allows the illumination light from the LED illumination light source to leak outside the device. Instead, the light is guided to the light opening by each reflecting surface, and the illumination efficiency can be increased.
請求項9に記載の発明は、画像読取装置において、請求項1〜8のいずれか1項記載の原稿照明装置を搭載し、該原稿照明装置によって原稿台に配置された原稿を照明し、前記原稿照明装置により照明された原稿情報を、第1〜第3の反射ミラーと結像レンズを介して撮像素子上に結像し、該撮像素子による受光信号を電気信号に変換して画像情報を読み取り、前記原稿照明装置と前記第1の反射ミラーとを保持する第1の走行体と、前記第2の反射ミラーおよび前記第3の反射ミラーを保持する第2の走行体とを2:1の速度比で走査して原稿情報を読み取ることを特徴とし、この構成によって、読取光学系の静的な位置ズレや、動的な位置変動に伴う、撮像面上での受光信号の変動に強い画像読取装置を実現できる。 According to a ninth aspect of the present invention, in the image reading apparatus, the original illumination device according to any one of the first to eighth aspects is mounted, and the original placed on the original table is illuminated by the original illumination device, The document information illuminated by the document illumination device is imaged on the image sensor via the first to third reflecting mirrors and the imaging lens, and the received light signal from the image sensor is converted into an electrical signal to obtain image information. A first traveling body that reads and holds the original illumination device and the first reflecting mirror, and a second traveling body that retains the second reflecting mirror and the third reflecting mirror are 2: 1. This configuration is characterized in that the document information is read by scanning at a speed ratio of 5 mm, and this configuration is resistant to fluctuations in the received light signal on the imaging surface due to static positional deviation of the reading optical system and dynamic position fluctuations. An image reading apparatus can be realized.
請求項10に記載の発明は、画像読取装置において、請求項1〜8のいずれか1項記載の原稿照明装置を搭載し、該原稿照明装置によって原稿台に配置された原稿を照明し、前記原稿照明装置により照明された原稿情報を、少なくとも1枚の反射ミラーと結像レンズとを介して撮像素子上に結像し、該撮像素子による受光信号を電気信号に変換して画像情報を読み取り、前記原稿照明装置と前記反射ミラーと前記結像レンズと前記撮像素子とを一つの走行体で保持し、該走行体を走査させて原稿情報を読み取ることを特徴とし、この構成によって、原稿照明装置,反射ミラー,結像レンズ,撮像素子が一つの走行体で保持されたことによって、読取光学系の静的な位置ズレや、動的な位置変動に伴う、撮像面上での受光信号の変動に強くなると共に、小型で読取走査駆動に付随して発生する信号雑音が少ない画像読取装置を実現できる。 According to a tenth aspect of the present invention, in the image reading apparatus, the original illuminating device according to any one of the first to eighth aspects is mounted, and the original placed on the original table is illuminated by the original illuminating device. Document information illuminated by the document illumination device is imaged on an image sensor via at least one reflection mirror and an imaging lens, and a light reception signal from the image sensor is converted into an electrical signal to read image information. The document illumination device, the reflecting mirror, the imaging lens, and the image sensor are held by a single traveling body, and the traveling body is scanned to read document information. Since the device, reflection mirror, imaging lens, and image sensor are held by a single traveling body, the received light signal on the imaging surface is subject to static displacement of the reading optical system and dynamic position fluctuations. Tolerate fluctuations Both can be achieved signal noise is small image reading apparatus which generates in association to the scan driver reading small.
本発明に係る原稿照明装置によれば、この構成によって、光源を下向きにしたのでLEDからの直接光がユーザの目に入らなくなるので、ユーザへの光損傷発生を回避することができ、また対向する原稿照明ユニットに対して導光せずに、原稿読取面を効率よく照明することができる装置をコンパクトに構成することができる。さらに、法線交差角度を90度以下にして、導光部材の反射によって照明光路を折り返すようにしたので、照明装置を厚くすることなく、あるいは、従来よりも薄くして、光源から原稿読取面までの光路長を長くとることができる。これによって主走査方向に配列したLEDの照明光が相互に重畳され、主走査方向にリップルの少ない照明が可能となる。しかも、原稿読取面の副走査方向中心からみて片側の原稿照明ユニットだけに光源を配置するよりも高照度化を図れることができる上、同一照度を満たすのに必要なLEDチップの照度を低くできるため、発光に伴う熱的な問題が緩和される。 According to the document illumination device of the present invention, with this configuration, since the light source is directed downward, direct light from the LED does not enter the user's eyes, so that it is possible to avoid the occurrence of light damage to the user. A device that can efficiently illuminate the original reading surface without guiding light to the original illuminating unit can be configured compactly. Further, the normal crossing angle is set to 90 degrees or less, and the illumination optical path is folded back by reflection of the light guide member. Therefore, the illumination device is not made thicker or thinner than the conventional one, and the original reading surface is read from the light source. The optical path length up to can be increased. As a result, the illumination lights of the LEDs arranged in the main scanning direction are superimposed on each other, and illumination with less ripple in the main scanning direction becomes possible. In addition, it is possible to increase the illuminance as compared with the case where the light source is arranged only on one side of the document illumination unit as viewed from the center of the document reading surface in the sub-scanning direction, and it is possible to reduce the illuminance of the LED chip necessary to satisfy the same illuminance. This alleviates the thermal problem associated with light emission.
本発明に係る原稿照明装置を搭載した画像読取装置によれば、読取光学系の静的な位置ズレや、動的な位置変動に伴う、撮像面上での受光信号の変動に強くなり、しかも、小型で読取走査駆動に付随して発生する信号雑音が少ない画像読取装置が実現する。 According to the image reading apparatus equipped with the document illumination device according to the present invention, the reading optical system is more resistant to fluctuations in the received light signal on the imaging surface due to static positional deviation and dynamic position fluctuations. Thus, an image reading apparatus that is small in size and generates little signal noise accompanying reading scanning driving is realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態におけるLED照明光源の構成例の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a configuration example of an LED illumination light source according to an embodiment of the present invention.
図1において、発光素子であるマルチチップLED1を、主走査方向(X方向)にそれぞれが離間するように複数配列してLED照明光源2を構成している。各マルチチップLED1は、2つ以上のLED発光チップが1チップに実装されている構成のものである。このマルチチップLED1はサイズが従来並みであるにも拘らず発光パワーが強くなっている。このため、従来と同等のチップ配列密度で高照度な照明が実現する。
In FIG. 1, an LED
また、図1に示す構成例では、主走査方向の中央部における隣接するマルチチップLED1の間隔を、主走査方向の周辺部における隣接するマルチチップLED1の間隔よりも広くしている(X=0(中央基準位置)を中心に±X方向に広くなる非等間隔とする)。この構成により、原稿読取面上において、主走査方向の中央よりも周辺の照度が高くなる照度分布を形成することができる。
In the configuration example shown in FIG. 1, the interval between adjacent
このようにするにより、縮小光学レンズ系を介して後述するように撮像素子で原稿像を読み取ったときに、該レンズのコサイン四乗則による周辺光量の低下が相殺されて、撮像素子であるCCD面上において平坦な照度分布が得られる。 In this way, when a document image is read by the image sensor through the reduction optical lens system as will be described later, the decrease in the peripheral light amount due to the cosine fourth law of the lens is offset, and the CCD serving as the image sensor A flat illuminance distribution can be obtained on the surface.
さらに、図2に示すLED照明光源の他の構成例のように、マルチチップLED1を主走査方向に等間隔に配列した構成(X=0(中央基準位置)を中心に±X方向に等間隔とする)にしたものは、SLA(セルフォック・レンズ・アレイ)との組み合わせによるCIS(コンタクト・イメージセンサ)を搭載した照明装置に適用され、CIS照明の高照度化を図ることができる。
Further, as in the other configuration example of the LED illumination light source shown in FIG. 2, the
図3は本発明の原稿照明装置の実施形態における主要部を示す概略構成図である。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a main part in the embodiment of the document illumination device of the present invention.
図3に示すように、実施形態1の原稿照明ユニット体は、図1あるいは図2に示す構成の第1のLED照明光源2および第1の導光部材3からなる第1の原稿照明ユニット4と、第1のLED照明光源2と同一構成の第2のLED照明光源5および第1の導光部材3と同一構成の第2の導光部材6からなる第2の原稿照明ユニット7から構成されている。
As shown in FIG. 3, the document illumination unit body according to the first exemplary embodiment includes a first document illumination unit 4 including a first LED
さらに、第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7とは、LED照明光源2,5と導光部材3,6とが原稿読取領域の副走査方向の中心線A−A’に対して、副走査方向に鏡面対称(図では左右対称)になるように配置されている。
Further, in the first document illumination unit 4 and the second
第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7において、各LED照明光源2,5のマルチチップLED1の照明光(出射光)Lが下向きになるように配設されている。そして、第1の原稿照明ユニット4からの照明光Lは、図において左下方から斜め右上方向にコンタクトガラス8上に載置されている原稿の原稿読取面9を照明している。一方、第2の照明ユニット2からの照明光Lは、図において右下から斜め左上方向に原稿読取面9を照明している。そして、第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7からの照明光は、原稿読取面9の読取領域5で重畳されるようになっている。
In the first document illumination unit 4 and the second
なお、第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7の副走査方向における構成,配置構成の対称性を崩すと、原稿読取面9の副走査方向の中心を挟むようにして副走査方向の両側から重畳照明される原稿読取位置における照度分布のピーク位置が前記原稿読取面9の副走査方向の中心位置とずれるように、副走査方向の照度分布が形成されるため、原稿読取位置が副走査方向にずれたときの原稿面照度の変化が極端に現れずに比較的平坦な変化となり、安定した画像読み取りを行うことができるようになる。
If the symmetry of the configuration and arrangement of the first document illumination unit 4 and the second
また、第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7において、各LED照明光源2,5にはマルチチップLED1を搭載しているため、単一の原稿照明ユニットのみによる照明よりも、照度の上限を高くすることができる。
Further, in each of the first document illumination unit 4 and the second
また、図3に示すようにマルチチップLED1は、両原稿照明ユニット4,7においてそれぞれ原稿読取面9から遠い側の斜め上側部分に設けられ、マルチチップLED1の発光面の放射方向の法線が斜め下向きに配置されている。このように、斜め下向きであるということは、マルチチップLED1の発光面の放射方向の法線と原稿読取面9における法線との成す角が90度以下ということになる。発光面が下向きであるということは、ユーザはコンタクトガラス8を介して発光面を直接見ることはできない構成になり、光学的な安全性は高くなる。
Further, as shown in FIG. 3, the
また、図3において、第1の導光部材3と第2の導光部材6とは、反射ミラーからなっており、それぞれ断面形状が、下側部3a,6aと、上側部3b,6bと、立側部3c,3d,6c,6dとからなっている。第1のLED照明光源2と第2のLED照明光源5が、原稿読取面9から遠い側における上側部3b,6bと立側部3c,6cとの角部に下向きに設けられている。また、原稿読取面9から近い側における上側部3b,6bと立側部3d,6dとの角部に、照明光Lが原稿読取面9方向へ出射するように開口部3e,6eが設けられている。
Moreover, in FIG. 3, the 1st
このように第1の導光部材3と第2の導光部材6を構成したことにより、照明光Lが効率的に原稿読取面9へ導光されることになる。
By configuring the first
また、LED照明光源2,5からの照明光Lは、導光部材3,6の他面による反射作用を得て原稿読取面9に至るため、原稿照明ユニット4,7全体を厚くすることなく、照明光路長を長く取れる。しかも、LED照明光源2,5からの照明光Lが主走査方向に重なり合うため、原稿読取面9における主走査方向の照度分布の平坦性が高くなる。よって、リップルの発生が抑制される。
Further, since the illumination light L from the LED
本実施形態では、LED照明光源2,5からの照明光(放射光)Lは、それぞれ各導光部材3,6の下側部3a,6aで反射して原稿読取面9を照明するので、照明光路長は原稿照明ユニット4,7の長さの略2倍確保することができることになる。
In this embodiment, the illumination light (radiated light) L from the LED
なお、各LED照明光源2,5におけるマルチチップLED1の発光面の法線と、原稿読取面9の法線との交差角は35度程度が好適であって、照明深度特性を確保するために好適な角度である。前記交差角を20度以下にすると、照明光Lの正反射成分によってフレアが発生しやすくなり、45度以上にすると原稿の浮きに対して弱くなる。原稿読取面9への照明光Lの照明角度は20度〜60度が好適である。
In addition, the intersection angle between the normal line of the light emitting surface of the
また、図3に示すように、両LED照明光源2,5の発光像が、それぞれ各導光部材3,6の下側部3a,6aを介して見える像が最も明るくなるが、この像はユーザの目に直接入らない構成になっている。ユーザから見える発光像として原稿読取面9から遠い側の立側部3c,6cにおける像があり得るが、これは放射強度の低い成分の反射像となっている。
Further, as shown in FIG. 3, the light emission images of the LED
さらに、図4に示すように、第1の導光部材3と第2の導光部材6との開口部3e,6eに、それぞれ光拡散部材である光拡散シート10を設けることによって、発光像は、拡散されてサイズが大きくなるとともに、光拡散効果によってユーザの目に到達する光エネルギ密度を下げることができる。そして、適切な光拡散性を有するシート材を選択することによって、安全性を確保することが可能になる。
Furthermore, as shown in FIG. 4, by providing the
このような光拡散手段を具備しない構成では、光源のハイパワー化に伴い、LEDアレイ光源タイプにおいて安全性を確保することは難しい。 With such a configuration that does not include the light diffusing means, it is difficult to ensure safety in the LED array light source type as the power of the light source increases.
また、本実施形態においては、独立した対向照明用ミラーを用いないため、光源からの放射光の一部を対向照明用ミラーに導光分配する必要はなく、各原稿照明ユニット4,7における照明光は、極力、原稿照明面9に導光されることによって照明効率を高めることができる。
Further, in this embodiment, since an independent counter illumination mirror is not used, it is not necessary to guide and distribute part of the emitted light from the light source to the counter illumination mirror. The light is guided to the
なお、本実施形態において、図5に示すように、両LED照明光源2,5近傍の出射光路に光拡散部材11を設けることが考えられる。
In this embodiment, as shown in FIG. 5, it is conceivable to provide a
また、本実施形態において、図6に示すように、両導光部材3,6の断面形状を仕様などによって適宜変更することも考えられる。
Moreover, in this embodiment, as shown in FIG. 6, changing the cross-sectional shape of both the
図3〜図6に示す構成において、第1のLED照明光源2から出射する照明光Lは、第1の導光部材3における原稿読取面9から近い側の立側部3dにより、第2の原稿照明ユニット7へ入らないように遮蔽される。同様に、第2のLED照明光源5から出射する照明光Lは、第2の導光部材6における原稿読取面9から近い側の立側部6dにより、第1の原稿照明ユニット4へ入らないように遮蔽される。
In the configuration shown in FIGS. 3 to 6, the illumination light L emitted from the first LED
さらに、両導光部材3,6の立側部3d,6dを反射面とすることにより、図7に示す照明光Lの光束を線にて示す説明図のように、立側部3d,6dにより照明光Lを反射して、それぞれ各導光部材3,6内に戻し、各導光部材3,6の開口部3e,6eから原稿照明領域9に導光される光束成分を増加させている。すなわち、光利用効率を高めることができる。
Furthermore, by using the standing
従来の対向照明ミラー方式における照明効率は20%程度であり、主照明と対向照明の比は5:5〜7:3程度であるので、主照明側の照明効率はたかだか14%であったが、本実施形態の構成による原稿照明ユニット4,7の照明効率は、30%以上となり、従来の対向照明ミラー方式とは少なくとも2倍以上の効率アップとなる。また、従来のキセノン管による照明方式では光利用効率は3%程度であったのに対して、本実施形態の構成によれば、実に10倍もの光利用効率アップとなった。
The illumination efficiency in the conventional counter-illumination mirror system is about 20%, and the ratio of main illumination to counter-illumination is about 5: 5 to 7: 3, so the illumination efficiency on the main illumination side was at most 14%. The illumination efficiency of the
また、図7に示すように、照明光Lは、副走査方向(矢印Z方向)に左右対称に照明され、照明照度の副走査方向の分布は、第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7とで副走査方向において逆さまになり、これらを重畳することによって、図8に示すように、原稿読取領域9の中心に対して左右の対称性のよい照度分布が得られる。
As shown in FIG. 7, the illumination light L is illuminated symmetrically in the sub-scanning direction (arrow Z direction), and the distribution of illumination illuminance in the sub-scanning direction is the same as that of the first document illumination unit 4 and the second. By inverting the
例えば、30lmの2チップ型マルチチップLEDを19個配列したLED光源を第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7に搭載することによって、拡散シート6を入れた場合において、図8に示すように、70,000Lxの高照度照明が実現し、高速機に対応可能な読み取り照明装置を実現できる。
For example, in the case where the
なお、図6に示す構成例において、第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7を含む原稿照明装置全体の具体的サイズは、厚さが略7mm、副走査方向の全長略30mmであり、各原稿照明ユニット4,7の副走査方向の長さは略11mmであって、極めてコンパクトに構成されている。
In the configuration example shown in FIG. 6, the specific size of the entire document illumination device including the first document illumination unit 4 and the second
図3〜図6において、本実施形態における第1の導光部材3と第2の導光部材6の構成では、副走査方向のYZ断面において、照明光Lを+Y成分と±X成分を含む方向に反射する一面以上の反射面3a、照明光Lを−Y成分と±X成分を含む方向に反射する一面以上の反射面3b、照明光Lを+Z成分と±X成分を含む方向に反射する一面以上の反射面3c、照明光Lを−Z成分と±X成分を含む方向に反射する一面以上の反射面3d、および開口部3eを有している。
3 to 6, in the configuration of the first
また、第1の導光部材3と第2の導光部材6における各反射面は平面で構成することができるため製造容易である。しかしながら、各反射面の形状は平面に限定されるものではない。例えば、各々の反射面は2面以上であってもよく、図6に示す構成例では、下側部3a,6aを2面からなる反射平面3a1,3a2,6a1,6a2としている。
Moreover, since each reflective surface in the 1st
両導光部材3,6における反射面は空間的に閉じていて、面間に隙間がないように構成することが光利用効率の観点から望ましい。しかしながら、反射面における面と面とのつなぎ目には段差があってもよい。さらに、これらの反射面は、その一部あるいは全てが光散乱性を有する面であってもよいが、波長依存性の少ない表面構造を有する光散乱面が適している。
It is desirable from the viewpoint of light utilization efficiency that the reflecting surfaces of both the
前記構成の実施形態に加え、副走査方向の断面方向に反射面を有するサイドミラーを加えた構成がより望ましい。この場合、サイドミラーは、両原稿照明ユニット4,7における副走査方向断面の両端にそれぞれ設ける。
In addition to the above-described configuration, a configuration in which a side mirror having a reflecting surface in the cross-sectional direction in the sub-scanning direction is added is more desirable. In this case, the side mirrors are provided at both ends of the cross section in the sub-scanning direction in both
これに加えて、両原稿照明ユニット4,7間の領域にもサイドミラーを設けるようにしてもよい。この領域のサイドミラーの高さは、両原稿照明ユニット4,7の副走査方向の断面高さよりも上、すなわち、原稿読取面9に近い位置まで延在する高さにすることによって、主走査方向の周辺部の光量を増加する効果が得られる。
In addition, a side mirror may be provided in the area between the two
このように、前記構成の実施形態において各原稿照明ユニット4,7は、互いに隣接する原稿照明ユニットへの導光遮蔽機能と、照明効率アップ機能を兼備しており、また、機能を発現するために要する配置スペース上の問題もない。
As described above, in the embodiment having the above-described configuration, each of the
なお、導光部材3,6の開口部3e,6eに設ける光拡散部材の光拡散シート10としては、透過型光拡散シートが適用可能である。さらに、ランバート拡散タイプよりもガウシアン拡散タイプの方が、照明効率,照明分布平坦性、および安全性のバランスからみて好適である。ガウシアンタイプにおいて、ガウシアン係数σは安全性から2以上が望ましく、光利用効率から10以下が望ましい。
In addition, as the
導光部材3,6の開口部3e,6e近傍は、光拡散シート10を設置することが容易であり、LED光源からは遠いので、拡散性を低くしても光源の像が大きくぼける効果が得られる。このため拡散性を無用に高くしなくても安全性を確保できる上、原稿読取面9から近いので、拡散性を高くすると照明効率が劣化してしまうという問題を回避して、安全性も確保できる点において優れた配置構成となる。
In the vicinity of the
また、図6に示すように、原稿読取面9の中央から副走査方向の断面内の法線に対して±20度以下の領域(2点鎖線内部の領域)には反射部材を設けないように構成している。これにより、原稿読取面9における明るい正反射成分は、図示しない読取レンズの開口に入射することなく、撮像素子上に結像される原稿像には白抜けが発生しないようにすることができる。
In addition, as shown in FIG. 6, a reflecting member is not provided in a region of ± 20 degrees or less with respect to the normal line in the cross section in the sub-scanning direction from the center of the document reading surface 9 (region inside the two-dot chain line). It is configured. As a result, the bright regular reflection component on the
また、原稿読取面9への照明角が大きくなると照明深度は浅くなり、例えば、ブック原稿の綴じ代部などはコンタクトガラス8から浮いているので、その部分の照明が弱くなって、像が薄暗くなってしまうことはよく知られている。本実施形態では、照明角を60度以下にすることにより、ブック原稿の綴じ代部の浮きが2〜3mmあっても、照明照度の劣化が20%程度に収まった。
Further, when the illumination angle to the
次に、本実施形態の原稿照明装置を搭載した画像読取装置の実施形態について説明する。 Next, an embodiment of an image reading apparatus equipped with the document illumination device of this embodiment will be described.
図9は本発明の画像読取装置の実施形態1における概略を示す構成図である。 FIG. 9 is a configuration diagram showing an outline of the image reading apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図9において、原稿台であるコンタクトガラス8上に載置された原稿Dに対応する原稿読取面9で反射した照明光Lを、結像レンズ19などからなる読取光学系を介して撮像素子20上で受光する。撮像素子20としては例えばCCDを用いることができる。撮像素子20上に結像した原稿読取面9における情報の光信号を電気信号に変換して原稿の画像情報を読み取ることができる。
In FIG. 9, the illumination light L reflected by the
図1〜図8にて説明した第1の原稿照明ユニット4および第2の原稿照明ユニット7と第1の反射ミラー21とを保持する第1の走行体22と、第2,第3の反射ミラー23,24を保持する第2の走行体25とを、2:1の速度比で走査して原稿情報を読み取ることによって。原稿読取面9から撮像素子20までの光路長、換言すると読取光学系の共役長を一定に保ちながら読取走査を行うことができる。
A first traveling
本実施形態1においては、第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7からなる原稿照明装置が薄型化されているため、画像読取装置側も薄くコンパクトに構成することができる。
In the first embodiment, since the original illuminating apparatus including the first original illuminating unit 4 and the second original illuminating
また、第1の原稿照明ユニット4と第2の原稿照明ユニット7において、既述したように副走査方向の照度分布が平坦な領域が広いという特徴があるため、反射ミラー21〜24や結像レンズ19などの光学素子の設置誤差や、走査駆動に伴う動的変動を許容して、撮像素子20の受光面上における受光信号の安定性に優れた装置を実現することができる。あるいは、これらの光学素子の公差を緩めることができる。
Further, as described above, the first document illumination unit 4 and the second
このため、読取光学系の静的な位置ズレや、動的な位置変動に伴う、撮像素子20の受光面上における受光信号の変動に対応することができる画像読取装置が実現する。
For this reason, an image reading apparatus that can cope with a change in the light receiving signal on the light receiving surface of the
図10は本発明の画像読取装置の実施形態2における概略を示す構成図である。 FIG. 10 is a configuration diagram showing an outline in the second embodiment of the image reading apparatus of the present invention.
本実施形態2では、図1〜図8にて説明した第1の原稿照明ユニット4および第2の原稿照明ユニット7と、反射ミラー26と、結像レンズ27と、撮像素子28を一つの走行体29で保持する構成にしている。そして、走行体29を副走査方向に走査駆動させて原稿Dを読み取る。
In the second embodiment, the first document illumination unit 4 and the second
本実施形態2においては、走査読取の際に反射ミラー26を駆動する必要はないため、駆動機構などを簡素化することができ、装置全体を小型・軽量化することができる。 In the second embodiment, since it is not necessary to drive the reflection mirror 26 at the time of scanning and reading, the drive mechanism and the like can be simplified, and the entire apparatus can be reduced in size and weight.
また、走行体29を走査駆動する際に振動などが発生しても、原稿照明ユニット4,7と読取光学系(反射ミラー26,結像レンズ27)、および撮像素子28の相対的な位置ズレが、図9に示す実施形態1よりもさらに少なくなるという利点があるため、撮像素子28の受光面上で受光する光信号特性が安定化する。このような画像読取装置がコンパクトに実現できるのは、第1の原稿照明ユニット4および第2の原稿照明ユニット7照明装置が、既述したように薄く小型に構成されているためである。
Even if vibration or the like is generated when the traveling body 29 is driven to scan, the relative displacement between the
本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナなどの読取装置に使用される原稿照明装置、原画を読取る対象物を照明するための照明装置、この照明装置を備えた各種の画像読取装置、および当該画像読取装置を備えた画像形成装置に適用され、この画像形成装置として、複写機,ファクシミリ装置,プリンタ、あるいは、これらをいくつかを組み合わせた複合機などに適用可能である。 The present invention relates to a document illuminating device used in a reading device such as a digital copying machine or an image scanner, an illuminating device for illuminating an object for reading an original image, various image reading devices including the illuminating device, and the image The present invention can be applied to an image forming apparatus provided with a reading device, and the image forming apparatus can be applied to a copying machine, a facsimile machine, a printer, or a multi-function machine combining some of them.
1 マルチチップLED
2 LED照明光源(第1のLED照明光源)
3 第1の導光部材
3a 下側部
3a1,3a2 下側部の反射平面
3b 上側部
3c,3d 立側部
3e 開口部
4 第1の原稿照明ユニット
5 第2のLED照明光源
6 第2の導光部材
6a 下側部
6a1,6a2 下側部の反射平面
6b 上側部
6c,6d 立側部
6e 開口部
7 第2の原稿照明ユニット
8 コンタクトガラス
9 原稿読取面
10 光拡散シート
11 光拡散部材
19 結像レンズ
20 撮像素子
21 第1の反射ミラー
22 第1の走行体
23 第2の反射ミラー
24 第3の反射ミラー
25 第2の走行体25
26 反射ミラー
27 結像レンズ
28 撮像素子
29 走行体
1 Multi-chip LED
2 LED illumination light source (first LED illumination light source)
3 1st
26 Reflecting mirror 27
Claims (10)
前記原稿照明ユニット体が対向設置された原稿照明ユニットからなり、かつ前記各原稿照明ユニットを互いに前記原稿読取面の副走査方向の中心に対する両側に配置し、前記各原稿照明ユニットの前記LED照明光源の発光面を前記原稿読取面に対して逆方向かつ斜め下を向くように配設し、前記LED照明光源の発光面の法線と、前記原稿読取面の副走査方向の中心における法線とがなす角度を90度以下に設定し、前記導光部材により前記LED照明光源の発光面から出射する照明光を前記原稿読取面側へ反射させることを特徴とする原稿照明装置。 An LED illumination light source in which a plurality of multi-chip LEDs mounted with a plurality of LED light emitting chips are arranged in the main scanning direction of the illuminated area, and a light guide member for guiding illumination light emitted from the LED illumination light source to the document reading surface A document illumination device provided with a document illumination unit body comprising:
The document illumination unit body is composed of document illumination units opposed to each other, and the document illumination units are arranged on both sides of the document reading surface with respect to the center in the sub-scanning direction, and the LED illumination light source of each document illumination unit The light emitting surface of the LED illumination light source is disposed in the opposite direction and obliquely downward, and the normal line of the light emitting surface of the LED illumination light source and the normal line at the center in the sub-scanning direction of the document reading surface Is set at 90 degrees or less, and the illumination light emitted from the light emitting surface of the LED illumination light source is reflected by the light guide member toward the document reading surface.
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