JP2011199442A - 原稿照明装置及び画像読取装置、並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明効率が高く、読取面の照明光の色ムラ低減効果に優れた原稿照明装置、及び該原稿照明装置を備える画像読取装置、並びに画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数のＬＥＤ光源１１から出射された光を照射領域Ａに導く反射部材１３とを備え、複数のＬＥＤ光源１１は、所定の波長の光を出射するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップからの光に励起されて発光する蛍光体から構成された白色ＬＥＤであり、反射部材１３は、複数の反射鏡の鏡面を副走査方向で連結してなる多面鏡であり、前記鏡面により反射される前記ＬＥＤチップの発光面上の光点から出射した拡散光束の副走査断面における放射角θ１と、反射された反射光束の副走査断面における放射角θ２とが、θ２≧θ１の関係を満たす原稿照明装置、該原稿照明装置を備える画像読取装置、並びに画像形成装置である。
【選択図】図４

Description

本発明は、デジタル複写機やイメージスキャナなどに使用される画像読取装置において原稿を照明する原稿照明装置、及び該原稿照明装置を備える画像読取装置、並びに該画像読取装置を備えた画像形成装置に関する。

近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」と表す）の開発が活発に行われている。ＬＥＤ素子の明るさは急激に高まっており、コストも低廉化してきている。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み取り装置の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。このため、白色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を光源とすることで読取装置を省エネルギー化できる。ＬＥＤを光源とする場合、照明効率が高いほど省エネ効果が高いため、ＬＥＤ光源を用いた照明効率の高い読取照明系（原稿照明装置）を提供することは環境側面から重要である。

ＬＥＤを光源とした読取照明系には、導光板を用いる方式や、ライトガイドの側面からＬＥＤ光を入射させる方式があるが、これらの照明効率は概ね３０％以下である。
これに対し、ＬＥＤ光をミラーによって読取面に導光する方式がある（例えば、特許文献１及び２参照）。特許文献１には、上下にミラーを対向配置し、発光面の法線が略水平に配置することが記載されている。また特許文献２には、斜め下向きに発光面を向けて曲面ミラーで反射して照明する方法、さらに対向照明用のミラーを備えることが記載されている。

その他にも、高い照明効率が得られる照明系の構成として、擬似白色ＬＥＤの発光面が原稿面と逆向きになるようにＬＥＤを設け、ＬＥＤからの放射光を正のパワーを有するミラーによって反射して原稿読取領域を斜入射照明する構成が提案されている。この方法によれば、設計評価結果では３０％以上の照明効率が得られており、従来の他の方式よりも照明効率が高いため、照明効率の点において有望である。

しかしながら、特許文献１及び２に記載されたような従来の読取照明系の構成においては、原稿面上において照明光の色ムラが発生するという課題がある。
擬似白色ＬＥＤチップを用いる場合、擬似白色ＬＥＤは、青色発光チップの放射光を蛍光体で黄色に変換して混色させており、青色光の発光面は黄色光の発光領域よりもミラーから遠い。このため、青色光の発光面位置にあわせてミラー形状を設計すると、黄色光は拡散傾向を示すため、副走査方向の周辺に黄色いにじみが生じるという問題がある。これに対し、発光位置の異なる二つの色の光がともに平行になるように曲面ミラーの形状を最適化することは原理的に考えても困難である。

一方、青色光が平行になるようにミラー形状を最適化すると、黄色光は拡散光束になるので、読取面上の中央部において青が強くなり、周辺部では黄が強くなる。これに対し、黄色光が平行になるようにミラー形状を最適化すると、青色光は収束光束になるので、読取面上の中央では青が強く周辺は黄が強くなる。このように、読取面上の照明色が均一な白色でないと、ＲＧＢないしＲＧＢＫのラインＣＣＤで読み取った画像の各色チャネルカラーバランスが劣化し色補正が煩雑になるという問題がある。

疑似白色ＬＥＤ光源の「青色の発光位置と黄色の発光位置が一致していない」という構造に起因する色ムラの課題は、ミラー方式に特有の課題と考えられるが、この色ムラを低減可能で、かつ照明効率が高い原稿照明装置は未だ提供されていないのが現状である。

よって、本発明の課題は、照明効率が高く、読取面の照明光の色ムラ低減効果に優れた原稿照明装置、及び該原稿照明装置を備える画像読取装置、並びに画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る原稿照明装置及び画像読取装置、並びに画像形成装置は、以下のとおりである。
〔１〕 画像読取装置における原稿面の読取対象領域を光照射する原稿照明装置であって、
光照射される照射領域の主走査方向に沿って配列した複数のＬＥＤ光源と、前記複数のＬＥＤ光源から出射された光を前記照射領域に導く反射部材とを備え、
前記複数のＬＥＤ光源は、所定の波長の光を出射するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップからの光に励起されて発光する蛍光体から構成された白色ＬＥＤであり、
前記反射部材は、複数の反射鏡の鏡面を副走査方向で連結してなる多面鏡であり、
前記鏡面により反射される前記ＬＥＤチップの発光面上の光点から出射した拡散光束の副走査断面における放射角θ１と、反射された反射光束の副走査断面における放射角θ２とが、θ２≧θ１の関係を満たすことを特徴とする原稿照明装置である。
〔２〕 前記反射部材の副走査方向断面形状が、凹形状であることを特徴とする前記〔１〕に記載の原稿照明装置である。
〔３〕 前記ＬＥＤチップから出射し、前記反射鏡の前記鏡面により反射されて前記照射領域に至る光束の副走査方向における照射位置が、前記ＬＥＤチップの発光面上の光点の位置によって異なることを特徴とする前記〔１〕または〔２〕に記載の原稿照明装置である。
〔４〕 前記鏡面により反射される前記拡散光束の副走査断面における前記放射角θ１と、反射された反射光束の副走査断面における前記放射角θ２とが、θ１＝θ２の関係を満たすことを特徴とする前記〔１〕から〔３〕のいずれかに記載の原稿照明装置である。
〔５〕 筐体と、前記筐体に保持される機構を備えたモールド成形部材とを備え、
前記反射鏡が、前記モールド成形部材の少なくとも一部に金属の蒸着により形成されたミラーからなることを特徴とする前記〔１〕から〔４〕のいずれかに記載の原稿照明装置である。
〔６〕 筐体と、前記筐体に保持される機構を備えたモールド成形部材とを備え、
前記反射鏡が、前記モールド成形部材の少なくとも一部に反射材の貼付により形成されたミラーからなることを特徴とする前記〔１〕から〔４〕のいずれかに記載の原稿照明装置である。
〔７〕 前記モールド成形部材が、ＬＥＤ実装基板を保持可能であることを特徴とする前記〔１〕から〔６〕のいずれかに記載の原稿照明装置である。
〔８〕 前記モールド成形部材が、保持した前記ＬＥＤ実装基板の位置調整可能であることを特徴とする前記〔７〕に記載の原稿照明装置である。
〔９〕 前記モールド成形部材が、前記筐体に対し、位置調整可能であることを特徴とする前記〔５〕から〔８〕のいずれかに記載の原稿照明装置である。
〔１０〕 前記原稿面の読取対象領域の副走査方向の中央に対し、前記ＬＥＤ光源とは対称の位置に対向照明ミラーを備えることを特徴とする前記〔１〕から〔９〕のいずれかに記載の原稿照明装置である。
〔１１〕 前記ＬＥＤ光源と前記反射部材とを２組備え、
前記原稿面の読取対象領域の副走査方向の中央に対し、前記ＬＥＤ光源と前記反射部材との組合せが、互いに対向して配置されることを特徴とする前記〔１〕から〔９〕のいずれかに記載の原稿照明装置である。
〔１２〕 前記〔１〕から〔１１〕のいずれかに記載の原稿照明装置からなる読取照明系と、反射ミラー及び結像レンズからなる読取光学系と、撮影素子とを少なくとも備えることを特徴とする画像読取装置である。
〔１３〕 前記読取照明系と、前記読取光学系と、前記撮影素子とが、筐体に保持された構造であることを特徴とする前記〔１２〕に記載の画像読取装置である。
〔１４〕 前記〔１２〕または〔１３〕に記載の画像読取装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明の効果として、光照射される照射領域の主走査方向に沿って配列した複数のＬＥＤ光源と、前記複数のＬＥＤ光源から出射された光を前記照射領域に導く反射部材とを備え、前記複数のＬＥＤ光源は、所定の波長の光を出射するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップからの光に励起されて発光する蛍光体から構成された白色ＬＥＤであり、前記反射部材は、複数の反射鏡の鏡面を副走査方向で連結してなる多面鏡であり、前記鏡面により反射される前記ＬＥＤチップの発光面上の光点から出射した拡散光束の副走査断面における放射角θ１と、反射された反射光束の副走査断面における放射角θ２とが、θ２≧θ１の関係を満たす原稿照明装置であるため、ＬＥＤの所定の波長の光、例えば青色の光の発光点から放射される光束が、読取面を照明する領域が広がることにより、読取対象領域の色ムラを低減することができる。また、照明された画像をＣＣＤで読み取る位置がずれても色度の変化が少ない。さらに、照明効率が高く、省エネ性にも優れるとともに、ＬＥＤからの直接光はミラーで折り返して反射照明されているため、装置の厚さに対して光源から照明位置までの距離を長く取ることができ、主走査方向に隣接する各々のＬＥＤが発光する拡散光が読取面において重畳される効果が高くなり、照明装置を厚く大型化することなく、副主走査方向の照度平坦性を確保することができる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の原稿照明装置において、前記反射部材の副走査方向断面形状が、凹形状であるため、光利用効率を高めることができる。
請求項３の発明によれば、請求項１または２に記載の原稿照明装置において、前記ＬＥＤチップから出射し、前記反射鏡の前記鏡面により反射されて前記照射領域に至る光束の副走査方向における照射位置が、前記ＬＥＤチップの発光面上の光点の位置によって異なるため、ＬＥＤの所定の波長の光、例えば青色光の発光面上の異なる発光点から読取面を照明する領域がずれるので、青色光が読取面を照明する領域が広がり、照明された画像をＣＣＤでよみとる位置がずれても色度の変化が少ない読取系を提供することができる。また、底面に配するミラーを介して原稿面に導光し、天面に配するミラーを介して対向照明ミラーに導光することができるので、原稿読取り領域への照明光の導光効率が高く、照度分布の平坦化を向上させることができる。
請求項４の発明によれば、請求項１または２に記載の原稿照明装置において、前記鏡面により反射される前記拡散光束の副走査断面における前記放射角θ１と、反射された反射光束の副走査断面における前記放射角θ２とが、θ１＝θ２の関係を満たすため、反射光束が拡散光束化し、副走査方向の照度分布の平坦性を得ることができる。
請求項５の発明によれば、請求項１から４のいずれかに記載の原稿照明装置において、筐体と、前記筐体に保持される機構を備えたモールド成形部材とを備え、前記反射鏡が、前記モールド成形部材の少なくとも一部に金属の蒸着により形成されたミラーからなるため、製造コストを低減することができる。
請求項６の発明によれば、請求項１から４のいずれかに記載の原稿照明装置において、筐体と、前記筐体に保持される機構を備えたモールド成形部材とを備え、前記反射鏡が、前記モールド成形部材の少なくとも一部に反射材の貼付により形成されたミラーからなるため、製造コストを低減できるとともに、例えばフィルム状の反射材は、はがして張りなおすことができ、優れた再生性能を得ることができる。
請求項７の発明によれば、請求項１から６のいずれかに記載の原稿照明装置において、前記モールド成形部材が、ＬＥＤ実装基板を保持可能であるため、前記反射部材とＬＥＤ光源の相対位置を確保しやすく組み付け調整が容易になる。
請求項８の発明によれば、請求項７に記載の原稿照明装置において、前記モールド成形部材が、保持した前記ＬＥＤ実装基板の位置調整可能であるため、
モールド部材の形状バラツキが発生した場合でも、調整を行うことによって照明性能を改善することができる。
請求項９の発明によれば、請求項５から８のいずれかに記載の原稿照明装置において、前記モールド成形部材が、前記筐体に対し、位置調整可能であるため、筐体部とモールド部材の相対位置を確保しやすく組み付け調整が容易になる。
請求項１０の発明によれば、請求項１から９のいずれかに記載の原稿照明装置において、前記原稿面の読取対象領域の副走査方向の中央に対し、前記ＬＥＤ光源とは対称の位置に対向照明ミラーを備えるため、両側からの対向照明によって、原稿面の段差部に影が生じ難くなり、画像読取時に該段差部が線状になる不具合を解消できる。
請求項１１の発明によれば、請求項１から９のいずれかに記載の原稿照明装置において、前記ＬＥＤ光源と前記反射部材とを２組備え、前記原稿面の読取対象領域の副走査方向の中央に対し、前記ＬＥＤ光源と前記反射部材との組合せが、互いに対向して配置されるため、両側からＬＥＤアレイにより照明することにより、実装可能なＬＥＤ数を増やすことができる、より高い照度を確保することができる、スキャン速度を速くしても原稿を読み取るために必要な照度が容易に得られるようになる。
請求項１２の発明によれば、請求項１から１１のいずれかに記載の原稿照明装置からなる読取照明系と、反射ミラー及び結像レンズからなる読取光学系と、撮影素子とを少なくとも備える画像読取装置であるため、色ムラの発生が抑制されるとともに、ハロゲンやキセノンランプよりも消費電力が少なく、かつ従来のＬＥＤ照明系よりも光利用効率が高い読み取り装置が提供される。
請求項１３の発明によれば、請求項１２に記載の画像読取装置において、前記読取照明系と、前記読取光学系と、前記撮影素子とが、筐体に保持された構造であるため、照明装置と読取系の相対位置がずれにくくなり、副走査方向の読取位置ずれ幅を減少でき、照明設計が容易になり歩留まりが向上する。また、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、かつ一体化構造により装置の小型化が実現できる。
請求項１４の発明によれば、請求項１２または１３に記載の画像読取装置を備える画像形成装置であるため、照明効率が高く、読取面の照明光の色ムラ低減効果に優れ、かつ小型化を実現可能な画像形成装置が提供される。

（Ａ）は青色発光面における中央と両端から曲面ミラーへ放射される青色光線を示す模式図であり、（Ｂ）は放射角θ１の説明図である。 （Ａ）は、図１に示す各光線が反射され、読取面に導光される光路を示したものであり、（Ｂ）は放射角θ２の説明図である。 青色発光面における中央と両端から平面ミラーへ放射される青色光線を示す模式図である。 （Ａ）は図３に示す各光線が反射され、読取面に導光される光路を示したものであり、（Ｂ）は反射部材近傍の拡大図でありθ１＝θ２を示す説明図である。 蛍光体出射面における中央と両端から曲面ミラーへ放射される黄色光線を示す模式図である。 蛍光体出射面における中央と両端から平面ミラーへ放射される黄色光線を示す模式図である。 本発明の原稿照明装置において、反射部材が４つの平面鏡を副走査方向に連結してなる多鏡面で構成された態様を示す模式図である。 図７の原稿照明装置における読取領域の色度評価結果である。 従来の原稿照明装置において、反射部材が凹面鏡の態様を示す模式図である。 図９の原稿照明装置における読取領域の色度評価結果である。 図７に示す本発明の原稿照明装置における青色光の読取面上の副走査方向照度分布を示したグラフである。 図９に示す従来の原稿照明装置（比較例）における青色光の読取面上の副走査方向照度分布を示したグラフである。 図７に示す本発明の原稿照明装置における黄色光の読取面上の副走査方向照度分布を示したグラフである。 図９に示す従来の原稿照明装置（比較例）における黄色光の読取面上の副走査方向照度分布を示したグラフである。 反射部材を１２の鏡面に分割した場合における、読取領域からの光信号のＲ成分とＧ成分の差と、Ｂ成分とＧ成分の差を評価した結果を示すグラフである。 反射部材を４の鏡面に分割した場合における、読取領域からの光信号のＲ成分とＧ成分の差と、Ｂ成分とＧ成分の差を評価した結果を示すグラフである。 本発明の原稿照明装置におけるＬＥＤアレイの例を示す模式図である。 本発明の原稿照明装置における１灯対向照明の態様の例を示す模式図である。 本発明の原稿照明装置における２灯対向照明の態様の例を示す模式図である。 本発明の画像読取装置の一実施態様を示す模式図である。 本発明の画像読取装置の他の実施態様を示す模式図である。

以下、本発明に係る原稿照明装置、及び画像読取装置、並びに画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

＜原稿照明装置＞
本発明の原稿照明装置は、光照射される照射領域の主走査方向に沿って配列した複数のＬＥＤ光源（図１７参照）と、図２に示すように、複数のＬＥＤ光源１１から出射された光を照射領域Ａに導く反射部材１３とを備え、複数のＬＥＤ光源１１は、所定の波長の光を出射するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップからの光に励起されて発光する蛍光体から構成された白色ＬＥＤであり、反射部材１３は、複数の反射鏡の鏡面を副走査方向で連結してなる多面鏡であり、前記鏡面により反射される前記ＬＥＤチップの発光面上の光点から出射した拡散光束の副走査断面における放射角θ１と、反射された反射光束の副走査断面における放射角θ２とが、θ２≧θ１の関係を満たす。

ここで、前記ＬＥＤチップから出射される所定の波長の光としては、短波長の光、具体的には青色光が挙げられる。また、蛍光体において励起され発光する光は、黄色光である。
以下の実施態様において、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とからなる白色ＬＥＤを光源に用いた場合について説明する。
青色光と黄色光の発光位置と大きさが異なるため、青色と黄色の照度分布に差が生じるが、本発明の原稿照明装置は、光源からの光を照明領域へ反射する反射部材の反射鏡形状を多面鏡とすることにより、反射後の光を拡散光束化し、ＬＥＤチップからの光および蛍光体からの光の照度分布をブロードにし、重畳した際の色むらの低減を図ることができる。

（１）青色光成分について
図１（Ａ）は、２００μｍ×２００μｍの青色発光面における中央と両端から放射される放射角１０度の青色光線を示したものである。それぞれの光線１５（１５ａ〜１５ｄ）は、反射部材１３の曲面ミラー面を副走査方向に４分割したときの各面の中心に向けて放射されている。発光面近傍において、それぞれの光線１５の光路は異なっている。
図１（Ｂ）に、発光面上の光点から出射した拡散光束１５の副走査断面における放射角θ１を示す。

図２（Ａ）は、図１に示すそれぞれの光線１５（１５ａ〜１５ｄ）が反射部材１３で反射され、読取面２２に導光される光路を示したものである。図２（Ａ）において、青色発光面上の発光面位置の違いによる光路差は少なくなっている。また、反射部材１３で反射された反射光束１６（１６ａ〜１６ｄ）は、ほとんど拡散せずに平行光束の状態で読取面２２に到達している。
なお、図２（Ａ）の態様において、反射部材１３で反射して読取面２２に到達する幅は約５．２ｍｍとなっている。また、読取面２２に対する入射角はほぼ同一になっている。
図２（Ｂ）に、反射された反射光束１６の副走査断面における放射角θ２を示す。

図３は、図１と同様に、２００μｍ×２００μｍの青色発光面における中央と両端から放射される放射角１０度の青色光線を示したものである。それぞれの光線１５（１５ａ〜１５ｄ）は、反射部材１３である平面分割ミラーの分割された各面の中心に向けて放射されている。発光面近傍においてそれぞれの光線１５の光路は異なっている。

図４（Ａ）は、図３に示すそれぞれの光線１５がミラーで反射されて読取面に導光される光路を示したものである。図４（Ａ）において、青色発光面上の発光面位置の違いによる光路差は、図２（Ａ）と比較して大きくなっていることがわかる。また、反射部材１３で反射された光束１６はやや拡散光束化して読取面２２に到達している。図４（Ａ）の態様において、反射部材１３で反射された光線１６が読取面に到達する幅は７．８ｍｍであり、図２（Ａ）に比べ大きくなっていることがわかる。
すなわち、図２（Ａ）と図４（Ａ）の比較から、２００μｍの発光面内において、異なる発光位置から放射した光線１５は、反射部材１３の鏡面が曲面の場合には平行光束として光路分離せず読取面２２に到達するのに対し、反射部材１３の鏡面が平面の場合には、拡散光束化し、光路がシフトした状態で読取面２２に到達することがわかる。このことから、図２（Ａ）に示す態様よりも図４（Ａ）に示す態様の方が、読取面２２における青色光の照度分布が平坦化されることがわかる。

図４（Ｂ）に、反射部材１３近傍の拡大図を示す。反射光束１６は広がっており、鏡面が平面であるので、θ１＝θ２であることを示している。
また、各鏡面を凸面とすると、θ２＞θ１となり、反射光速はより拡散光束化して読取面２２に到達する。

（２）黄色光成分について
図５は、ＬＥＤ１１の直径１ｍｍの蛍光体射出面における中央と両端（発光面上の中心と両端）から放射される放射角１０度の黄色光線を示したものである。それぞれの光線は、反射部材１３の曲面ミラー面を４分割したときの各面の中心に向けて放射されている。
発光面近傍において、それぞれの光線の光路は異なっている。前記蛍光体からの光線が反射部材１３で反射されて読取面２２に導光される光路については、蛍光体発光面上の発光面位置の違いによる光路差は顕著であることがわかる。これは、原稿照明装置である照明光学系のサイズに対し、ＬＥＤ１１の発光面が小さくないためである。図５の態様において、反射部材１３で反射された反射光束が読取面２２に到達する幅は１０ｍｍを越えている。

図６は、ＬＥＤ１１の直径１ｍｍの蛍光体射出面における中央と両端（発光面上の中心と両端）から放射される放射角１０度の黄色光線を示したものである。それぞれの光線は、反射部材１３の平面分割ミラーの４分割された各面の中心に向けて放射されている。発光面近傍において、各光線の光路は異なっている。前記蛍光体からの光線が、反射部材１３で反射されて読取面２２に導光される光路は、蛍光体発光面上の発光面位置の違いによる光路差が、図５に示す態様よりも顕著であることがわかる。

また、図６における各光線の幅は、図５よりも広くなっていることがわかる。これは、反射部材１３の平面の鏡面に光束を収束する作用がないためと考えられる。このため、図６の態様において、黄色光は図５の場合よりも拡散して照明され、読取領域２２における照度の平坦性が高くなる。

なお、図６中、平面ミラー１３ａにより反射されて読取面２２の読取領域Ａの右側に読取領域Ａから外れた位置に達している光線があるが、これは画像の読取り信号にはならない。

以上のように、読取領域Ａにおける照明光の青色光路成分は、反射部材１３を平面の鏡面で構成した方がブロードな照度分布になり、読取領域Ａ端部における照度が高くなるため、黄色光成分と合成したときの白色度が改善される。
また照明光の黄色成分は、反射部材１３を平面の鏡面で構成した方が、読取面に対して広い領域を照射することになるので、読取領域Ａの端部における照度は低くなり、青色光成分と合成したときの白色度が改善される。

反射部材１３が一面の曲面の鏡面で構成される場合（図９：比較例）の読取領域Ａにおける色度を計算評価比較した結果を図１０に、反射部材１３が４つの平面鏡を副走査方向に連結してなる多鏡面で構成される場合（図７：本発明）について、読取領域Ａにおける色度を計算評価比較した結果を図８に示す。
６４個のＬＥＤを主走査方向に離間配列して擬似的な線状光源とし、反射部材１３で反射したＬＥＤ光が、コンタクトガラス２１を介して読取り領域に到達したときの照明光の色度を計算した。計算領域は、主走査方向の長さを２２０ｍｍ、副走査方向の長さを±１０ｍｍとした。
なお、図７及び図９とも、原稿面の読取対象領域の副走査方向の中央に対し、ＬＥＤ光源１１とは対称の位置に対向照明ミラー１４を備える態様である。これにより、ＬＥＤ１１からの放射光の一部が、対向照明ミラー１４に達して反射され、読取領域を斜めに照射する。

反射部材１３が曲面の鏡面で構成される図９に示す態様では、図１０に示すように副走査方向に色ムラが発生しているのに対し、反射部材１３が平面の鏡面で構成される図７に示す態様では、図８に示すように、副走査方向に色ムラが消失していることが確認できる。
このことから、反射部材１３が平面の鏡面で構成される態様とすることで、色ムラの発生を抑制できることが検証された。

図１１は、図７に示す本発明の原稿照明装置における青色光の読取面上の副走査方向照度分布を示したものであり、図１２は、図９に示す従来の原稿照明装置（比較例）における青色光の読取面上の副走査方向照度分布を示したものである。
いずれも、縦軸は照度[Lux]を示し、横軸は副走査方向位置で０が読取面中央を示す。
図１２の分布に対し、図１１の分布は、青色光の照明がブロードで、平坦性が良く、副走査方向周辺の照度が高くなっている。このため、黄色光と重畳したときの副走査方向の色ムラの発生が抑制される。

図１３は、図７に示す本発明の原稿照明装置における黄色光の読取面上の副走査方向照度分布を示したものであり、図１４は、図９に示す従来の原稿照明装置（比較例）における黄色光の読取面上の副走査方向照度分布を示したものである。
いずれも、縦軸は照度[Lux]を示し、横軸は副走査方向位置で０が読取面中央を示す。
図１４の分布に対し、図１３の分布は、黄色光の照明がブロードで、平坦性が良く、副走査方向周辺の照度が高くなっている。このため、青色光と重畳したときの副走査方向の色ムラの発生が抑制される。

次に、読取レンズを介してＲＧＢラインＣＣＤにより読取領域からの光信号を検出し、検出した光信号のＲ成分とＧ成分の差と、Ｂ成分とＧ成分の差とを評価した。このとき、読み取り位置を副走査方向に移動させることにより、読取領域内副走査方向の色ムラを評価した。結果を図１５及び図１６に示す。図１５及び図１６は、横軸の読取り位置を移動させたときの、撮像素子におけるＢ信号とＧ信号の比Ｂ／Ｇを、Ｒ信号とＧ信号の比Ｒ／Ｇと共に示している。

図１５は、反射部材を１２の鏡面（１２面）に分割した場合の結果である。図１５に示すように、Ｒ／Ｇが読取り位置の移動に対し安定なのに対し、Ｂ／Ｇは変動している。
図１６は、反射部材を４の鏡面（４面）に分割した場合の結果である。図１５と比較して、Ｂ／Ｇ比が安定していることがわかる。
これらの結果から、複数の反射鏡の鏡面を副走査方向で連結してなる多面鏡における鏡面数が多すぎても本発明の効果が得られないことがわかる。よって、鏡面の面数としては３〜８枚程度が好ましく、４〜６枚がより好ましい。

複数の反射鏡の鏡面を副走査方向で連結してなる多面鏡における各反射鏡の反射面の配置は、読取面における色度分布や照度平坦性を評価しながら最適化することができる。
隣接する互いの面が連結する部分の稜線に段差が存在する場合、鏡面化が煩雑になるが、色ムラ発生の抑制効果には影響が無いため、連結部は段差を有していてもよい。

前記反射鏡の反射面は、モールド成形部材の表面に対し金属蒸着を行うことによって同時に形成することができる。蒸着は複数の筐体に対して同時に行うこともできる。また、鏡面形成領域を下地処理することによって、ミラー面の反射率を改善することができる。
このような反射鏡の製造方法により、生産効率が高くなり、生産コストも低くなる。
蒸着材料としては、アルミニウムが安価であり好ましい。アルミニウムにより８０％〜８５％の反射率が得られる。反射率の観点からは、銀が好ましい。銀により９０％以上の反射率が得られる。蒸着する材料の選択には任意性があり、材料の選択によって本発明の効果が失われることは無い。

また、前記モールド成形部材の鏡面形成部位に反射材を貼付けることによっても反射部材を形成することができる。反射材としては、例えば、反射フィルムが挙げられ、反射フィルムを貼付ける場合には、平面分割された各面の形状に合わせて貼付けることによって、面の接合境界部の形状誤差を少なくすることができる。反射面は平面であり、矩形でもあるので、フィルムの貼り付けは容易である。
反射フィルムを用いる場合、下地の材質を選ばないので筐体の材料選択の幅が広がる。例えば、ガラス繊維を混入させたポリカを選択することができ、ポリカを用いる場合には、筐体の強度を強くすることができ、筐体の肉厚を薄くすることもできる。薄型で軽量な筐体が得られるとともに、ガラス繊維を混入させたことによる金属蒸着膜が定着しにくい不具合も解消できる。また、反射フィルムを用いる態様は、該反射フィルムを適宜貼り直すこともできるため、利便性の面で好ましい。

一方、ミラーフィルムを貼り付ける場合には、フィルムに厚さがあるので、フィルムの反射面が設計面位置となるように、モールド成形品におけるフィルム貼り付け面の位置をフィルム厚さ相当分ずらしておくことが好ましい。

また、前記モールド部材に光輝アルミのプレス加工を行うことによっても製造することができる。

前記モールド成形部材は、ＬＥＤ実装基板を保持可能に形成することもでき、さらに保持するＬＥＤ実装基板の位置調整機構を付加することもできる。これにより反射鏡とＬＥＤ光源との相対的な配置や調整が容易になり、組み付けコストを低減することができる。また、モールド成形品であることに起因する加工誤差による照明特性劣化を改善することができ、歩留まりを改善できる。

さらに、前記モールド成形部材に、形成した反射部材の鏡面の傾き調整機能を付加することができる。これにより、照明性能の調整回復が容易になり、製品の歩留まりを改善することができる。

上述の原稿照明装置における各種評価は、ＬＥＤ実装基板上に主走査方向に６４個のＬＥＤを配列したＬＥＤアレイを用いた。図１７に該ＬＥＤアレイの模式図を示す。
図１７に示すように、ＬＥＤは、主走査方向のピッチが中心部Ｐ２よりも周辺部Ｐ１の方が小さくなるように配置されている。画像読取装置の読取光学系を介し、ＣＣＤ（撮影素子）の周辺部において、光量が画角θに対しｃｏｓ４乗で減衰するため、ＣＣＤ面上でフラットな照度が得られるように、読取面上では主走査方向の中央よりも周辺がｃｏｓ４乗の逆数の関係で明るくなるように照明するためである。

本発明の原稿照明装置は、図１８及び図１９に示す照明系の態様にも適用することができる。
図１８は、図７に示した態様と同様であり、原稿面の読取対象領域の副走査方向の中央に対し、ＬＥＤ光源１１とは対称の位置に対向照明ミラー１４を備える１灯対向照明の態様である。
一方、図１９は、ＬＥＤ光源１１と反射部材１３とを２組備え、原稿面の読取対象領域の副走査方向の中央に対し、ＬＥＤ光源１１と反射部材１４との組合せが、互いに対向して配置される２灯対向照明の態様である。

図１８に示す１灯対向照明の態様においては、対向照明ミラー１４を、主たる照明ミラーである反射部材１３と同様、隣接面が連続な多面鏡で構成され、該多面鏡の一部は青色光の光路を調整し、他の部分が黄色光の光路を調整するように最適化配置されていることが好ましい。このように配置決定された多面鏡である対向照明ミラー１４は、配置を決定した後に近似曲面ミラーとすることができる。

図１９に示す２灯対向照明の態様においては、副方向断面方向に対称に配置した照明系のミラーいずれも隣接面が連続な多面鏡で構成され、該多面鏡の一部が青色光の光路調整、一部が黄色光の光路調整をするように最適化配置されていることが好ましい。このようにして配置決定された多面鏡である反射部材１３ａ及び１３ｂは、近似曲面ミラーとすることができる。

＜画像読取装置＞
本発明の画像読取装置は、上述の本発明の原稿照明装置からなる読取照明系と、反射ミラー及び結像レンズからなる読取光学系と、撮影素子とを少なくとも備える。図２０に、画像読取装置の構成例を示す。
図２０に示すように、原稿面２２で反射した照明光を、読取光学系を介して、撮像素子２５上で受光する。撮像素子２５としては、例えば、ＣＣＤが挙げられる。撮像素子２５上に結像した原稿面情報の光信号を電気信号に変換して、原稿２３の画像情報を読み取ることができる。
原稿照明装置と第１の反射ミラー２６とを保持する第１の走行体２９ａと、第２，第３の反射ミラーを保持する第２の走行体２９ｂとを２：１の速度比で走査し、原稿情報を読み取ることによって、原稿面２２から撮像素子２５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。

本発明の原稿照明装置は薄型化されているため、本発明の画像読取装置も薄くコンパクトに構成することができる。また、副走査方向の照度分布が平坦な領域が広いため、反射ミラーや結像レンズ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２５の受光面上での受光信号の安定性に優れた装置を実現すること、又はこれらの光学素子の公差を緩めることができる。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とすることができる。

図２１に本発明の画像読取装置の他の構成例を示す。
図２１に示す例において、画像読取装置は、本発明の原稿照明装置と、結像レンズ２４と、反射ミラー２６と、撮像素子２５をひとつの走行体２９で保持している。走行体２９を副走査方向に走査駆動させることにより、原稿台２１上の原稿２３の画像情報を読み取る。
図２１に示す装置においては、走査読取の際に反射ミラー２６を駆動する必要はないので、駆動機構装置を簡素化し、装置全体を小型化、軽量化することができる。また、走行体２９を走査駆動する際に振動等が発生しても、照明装置と読取光学系（反射ミラー２６、結像レンズ２４）、および、撮像素子２５の相対的な位置ズレがさらに少なくなるため、撮像素子２５の受光面上で受光する光信号特性がより安定化される。本発明の照明装置が薄く小型に構成されているため、本発明の画像読取装置もコンパクトな装置となる。

＜画像形成装置＞
本発明の画像形成装置は、上述の本発明の画像読取装置を備える。本発明の画像形成装置の構成と動作について以下に説明する。
まず、ＡＤＦなどのフィーダー機能により、原稿を原稿台に導き、原稿を検知して、照明ユニット（原稿照明装置）を副走査方向にスキャニングさせ、原稿面上の画像の照明反射光を読取り、光学系を介して撮像素子で受光し、ＹＭＣＫ信号に変換し、書き込み光学系によって感光体上への潜像露光を行う。次いで、１成分乃至２成分トナーを付着させたのち、転写機構によって感光体上のトナーを紙などの記録媒体に転写し、搬送機構によって定着ローラのニップを通過させ、前記記録媒体上の画像を定着させる。
モノクロ対応機の場合、画像信号はモノクロとなる。書き込み光学系はＬＤビームをスキャニング機構によって感光体に潜像記録させるほか、ＬＥＤアレイによる潜像書き込みも可能である。また、インクジェットヘッドによって記録媒体上へ画像を記録させることもできる。

本発明の画像形成装置は、原稿照明ユニットを本発明の原稿照明装置とすることにより、従来よりも照明効率の向上、読取面の照明光の色ムラ低減、省エネルギー化、及び小型化を実現することができる。

１１ ＬＥＤ（光源）
１２ ＬＥＤ実装基板
１３ 反射部材
１４ 対向照明ミラー
２１ コンタクトガラス
２２ 読取面

特開２００８−２０９８７９号公報 特開２００２−１４２０８２号公報

Claims (14)

1. 画像読取装置における原稿面の読取対象領域を光照射する原稿照明装置であって、
   光照射される照射領域の主走査方向に沿って配列した複数のＬＥＤ光源と、前記複数のＬＥＤ光源から出射された光を前記照射領域に導く反射部材とを備え、
   前記複数のＬＥＤ光源は、所定の波長の光を出射するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップからの光に励起されて発光する蛍光体から構成された白色ＬＥＤであり、
   前記反射部材は、複数の反射鏡の鏡面を副走査方向で連結してなる多面鏡であり、
   前記鏡面により反射される前記ＬＥＤチップの発光面上の光点から出射した拡散光束の副走査断面における放射角θ１と、反射された反射光束の副走査断面における放射角θ２とが、θ２≧θ１の関係を満たすことを特徴とする原稿照明装置。
2. 前記反射部材の副走査方向断面形状が、凹形状であることを特徴とする請求項１に記載の原稿照明装置。
3. 前記ＬＥＤチップから出射し、前記反射鏡の前記鏡面により反射されて前記照射領域に至る光束の副走査方向における照射位置が、前記ＬＥＤチップの発光面上の光点の位置によって異なることを特徴とする請求項１または２に記載の原稿照明装置。
4. 前記鏡面により反射される前記拡散光束の副走査断面における前記放射角θ１と、反射された反射光束の副走査断面における前記放射角θ２とが、θ１＝θ２の関係を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の原稿照明装置。
5. 筐体と、前記筐体に保持される機構を備えたモールド成形部材とを備え、
   前記反射鏡が、前記モールド成形部材の少なくとも一部に金属の蒸着により形成されたミラーからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の原稿照明装置。
6. 筐体と、前記筐体に保持される機構を備えたモールド成形部材とを備え、
   前記反射鏡が、前記モールド成形部材の少なくとも一部に反射材の貼付により形成されたミラーからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の原稿照明装置。
7. 前記モールド成形部材が、ＬＥＤ実装基板を保持可能であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の原稿照明装置。
8. 前記モールド成形部材が、保持した前記ＬＥＤ実装基板の位置調整可能であることを特徴とする請求項７に記載の原稿照明装置。
9. 前記モールド成形部材が、前記筐体に対し、位置調整可能であることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の原稿照明装置。
10. 前記原稿面の読取対象領域の副走査方向の中央に対し、前記ＬＥＤ光源とは対称の位置に対向照明ミラーを備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の原稿照明装置。
11. 前記ＬＥＤ光源と前記反射部材とを２組備え、
    前記原稿面の読取対象領域の副走査方向の中央に対し、前記ＬＥＤ光源と前記反射部材との組合せが、互いに対向して配置されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の原稿照明装置。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の原稿照明装置からなる読取照明系と、反射ミラー及び結像レンズからなる読取光学系と、撮影素子とを少なくとも備えることを特徴とする画像読取装置。
13. 前記読取照明系と、前記読取光学系と、前記撮影素子とが、筐体に保持された構造であることを特徴とする請求項１２に記載の画像読取装置。
14. 請求項１２または１３に記載の画像読取装置を備えることを特徴とする画像形成装置。