JP2012004896A - 原稿照明装置、画像読取装置、および画像形成装置、並びに原稿照明方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源を用いた原稿照明装置において、原稿面の主走査方向の端部における照明光の色ムラを、大型化を招来させることなく、低コストで、かつ簡易な構成で改善すること。
【解決手段】原稿の読取位置となる被照明面４と、複数のＬＥＤチップ１を主走査方向に配列し、原稿面を照明する照明手段とを有し、前記照明手段が被照明面４に対して光照明する原稿照明装置であって、前記照明手段の複数のＬＥＤチップ１のうち、被照明面４の主走査方向の端部に対して照明する光の向きを、ＬＥＤチップ１の蛍光体からの励起成分を多く含む向きに傾けて配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、原稿照明装置、画像読取装置、および画像形成装置、並びに原稿照明方法に関するものである。

近年、省電力の照明手段として発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤと記述する）の開発が活発に行われており、このＬＥＤ素子の高輝度化が進み、スキャナーの照明系に採用できる明るさとなってきている。ＬＥＤは、一般的に、小型軽量、長寿命、低消費電力、高効率、高耐衝撃性、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ーのような画像読取装置向けの原稿照明装置が下記文献などにおいて知られている。

従来、画像読取装置に好適な原稿面の照度分布と色光を得る目的で、主走査方向に配列された複数のＬＥＤを有し、該複数のＬＥＤの配置は中央領域に比べて周辺領域で配置密度が高くする。また、中央領域に配置したＬＥＤの発色と周辺領域に配置したＬＥＤの発色が発光初期において色味が異なるＬＥＤを用いる照明装置の構成が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、原稿面における端部の光量落ちをなくす目的で、導光部材の長さを原稿面長さより大きくし、導光部材の長手方向両側面からの反射光が有効に原稿面に到達するようにする。導光部材の長さは、さらに光源ユニットの長さよりも長くする。その長さの差は、原則として、片側につきＬＥＤ配列間隔の２分の１にする構成が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

また、部品点数の増加や消費電力の増加を招くことなく、また寿命に影響することなく、レンズの周辺光量低下特性を簡単な構成で補正でき、濃度ムラのない画像品質の高い画像読取装置を経済的に得られるようにする技術が開示されている。ここでは、発光ダイオードアレイの多数の発光ダイオードを、両端部に行くに従い原稿台ガラスに近くなるようにするため、発光ダイオードアレイの基板を、主走査方向の両端部に行くにしたがい原稿台ガラスに近くなるように湾曲させる構成が開示されている（たとえば、特許文献３参照）。

また、画像読取装置に好適な原稿面の照度分布と色光を得る目的で、複数個のＬＥＤチップを等間隔で一直線状に配列した複数個のＬＥＤアレイを、光軸が原稿面と直角な面に対してある角度α外側へ傾斜させて、読取ラインの中央部より両端側の照度が高くなるように配置した構成が開示されている（たとえば、特許文献４参照）。

図７は、従来の複数のＬＥＤを直線上に配置したＬＥＤアレイ光源を用いた原稿照明装置を表す概略構成例（１）を示す説明図である。ここでは、ＬＥＤチップ１を直線上に複数個配置したＬＥＤアレイ光源を用いて原稿面を照明している。ここで、図に示した通り、原稿面の主走査方向の端部以外では各ＬＥＤチップから均等に光を受光するが、端部では片側のＬＥＤチップ１からのみ光を受光していることが分かる。よって、原稿面の主走査方向端部における受光量の総和および受光色度の総和が、原稿面の主走査方向中央部におけるそれと異なり、主走査方向端部に照度ムラや色ムラが発生しやすいという課題を抱えている。

図８は、従来の複数のＬＥＤチップ１を直線上に配置したＬＥＤアレイ光源を用いた原稿照明装置を表す概略構成例（２）を示す説明図である（たとえば、特許文献２など参照）。ここでは、図７で示した概略構成１の課題である主走査方向端部に生じる照度ムラや色ムラを改善するために、被照明面として必要となる幅よりも照明装置の主走査方向の幅を広げ、かつ幅を広げた分に見合うだけのＬＥＤチップ１の数を増加した構成である。確かにこの構成では、主走査方向端部の照度ムラや色ムラの発生を抑制することができる。

しかしながら、上記に示されるようなＬＥＤ光源を用いた原稿照明装置にあっては、従来使用していたキセノンランプ等の線光源と比較して照度ムラや色ムラが発生しやすく課題となっている。具体的には、複数のＬＥＤチップを直線上に配置したＬＥＤアレイ光源を用いた原稿照明装置では、そのＬＥＤチップの配置構造により、原稿面の主走査方向の端部以外では各ＬＥＤチップから均等に光を受光するが、端部では片側のＬＥＤチップからのみ光を受光する。よって、原稿面の主走査方向端部における受光量の総和および受光色度の総和が、原稿面の主走査方向の中央部におけるそれと異なり、主走査方向の端部に照度ムラや色ムラが発生しやすいという課題がある。ここで、照度ムラについては画像読取装置側で一般的に行っているシェーディング補正のような画像処理で補正できるため、モノクロ原稿を読み取る限りでは読取画像の端部にムラは発生しない。しかしながら、原稿の照明光に色ムラが発生していると、カラー原稿を読み取る場合に読取画像の端部にも色ムラが発生してしまうという問題があった。

以下、上述した特許文献および従来例における問題点を列記する。特許文献１に開示されている技術にあっては、主走査方向の色ムラを抑制し、画像読取装置に好適な原稿面の照度分布と色光を得るものの、ＬＥＤの色度ランク分別によるＬＥＤコストの増加、および装置の組立効率の悪化という問題は解消できていない。

また、特許文献２に開示されている技術にあっては、原稿面に照射する照明光の走査方向端部におけるムラが改善されるものの、導光部材の長さを原稿面長さより大きくすると、照明装置全体が大型化してしまうという問題は解消できていない。すなわち、特許文献２はそもそも、目的は照度ムラを改善することであり、色ムラの改善手段は提示されていない。

また、特許文献３，４に開示されている技術にあっては、画像読取装置に好適な原稿面の照度分布が得られるものの、原稿面の主走査方向端部に色ムラが生じるという問題は解消できていない。すなわち、特許文献３はそもそも、目的は走査方向中央部に対して端部の照度を上げることであり、色ムラの改善手段とはなり得ない。

また、図８に示される構成にあっては、原稿照明装置の主走査方向の幅が大型化してしまい、この原稿照明装置を使用する機器（画像読取装置、画像形成装置など）全体の大型化に繋がるという新たな課題が生じるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＬＥＤ光源を用いた原稿照明装置において、原稿面の主走査方向の端部における照明光の色ムラを、大型化を招来させることなく、低コストで、かつ簡易な構成で改善することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、原稿の読取位置となる原稿面と、複数のＬＥＤを主走査方向に配列し、原稿面を照明する照明手段とを有し、前記照明手段が前記原稿面に対して光照明する原稿照明装置であって、前記照明手段の複数のＬＥＤのうち、前記原稿面の主走査方向の端部に対して照明する光の向きを、前記ＬＥＤの蛍光体からの励起成分を多く含む向きに傾けて配置することを特徴とする。

本発明は、ＬＥＤ光源を用いた原稿照明装置において、主走査方向端部のＬＥＤが原稿面に向けて照射する光の向きを蛍光体からの励起成分を多く含む向きに傾けた構成とすることで、主走査方向端部で不足していた蛍光体からの励起成分を補い、原稿面の主走査方向における色度分布を一様にしたので、原稿面の主走査方向端部における照明光の色ムラを、大型化を招来させることなく、低コストで、かつ簡易な構成で改善することができるという効果を奏する。

図１は、ＬＥＤチップを用いた原稿照明装置の副走査方向での断面構成を示す説明図である。 図２は、ＬＥＤチップを用いた原稿照明装置の主走査方向での断面構成を示す説明図である。 図３は、図２における主走査方向の端部のＬＥＤ素子の配置状態を示す拡大図である。 図４は、白色のＬＥＤのチップ単体の概略構成を示す説明図である。 図５は、原稿照明装置を用いた画像読取装置の構成を示すブロック図である。 図６は、原稿照明装置における主走査方向の照度分布を示す断面図である。 図７は、従来の複数のＬＥＤを直線上に配置したＬＥＤアレイ光源を用いた原稿照明装置を表す概略構成例（１）を示す説明図である。 図８は、従来の複数のＬＥＤを直線上に配置したＬＥＤアレイ光源を用いた原稿照明装置を表す概略構成例（２）を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる原稿照明装置、画像読取装置、および画像形成装置、並びに原稿照明方法の一実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態）
本発明は、原稿面の主走査方向端部における照明光の色ムラを抑制する手段に際して、以下の特徴を有する。すなわち、端部のＬＥＤチップが原稿面に向けて照射する光の向きを蛍光体からの励起成分を多く含む向きに傾けることにより、原稿面端部で不足していた蛍光体からの励起成分を補い、原稿面の主走査方向における色度分布を均一にするものである。以下、具体例をあげて説明する。

図１は、ＬＥＤチップを用いた原稿照明装置の副走査方向での断面構成を示す説明図である。図２は、ＬＥＤチップを用いた原稿照明装置の主走査方向での断面構成を示す説明図である。この図１および図２において、符号１はＬＥＤチップ、符号２は導光部材、符号３はコンタクトガラスとよばれる原稿台、符号４は被照明面、符号１１はＬＥＤ基板である。

ＬＥＤチップ１は複数用い長手方向に並べてＬＥＤアレイとなす。ＬＥＤアレイはＬＥＤチップ１の駆動回路等が一体になったＬＥＤ基板１１に、直接半田付けなどで固定される場合が多い。このようにＬＥＤ基板１１と一体化されたＬＥＤアレイを光源ユニットと呼ぶ。

導光部材２は、板状の直方体形状をなし、被照明面４の長さと同程度の長さを有し、その長さ方向を主走査方向に一致させて配置する。導光部材２は、ガラス、あるいは透明樹脂で形成するのがよい。ただし、中空体として形成してもよく、導光部材２を用いずにＬＥＤチップ１の光源の光を直接被照明面４に向けてもよい。なお、簡便のため以下に示す図では導光部材２を省いて説明を行う。

図６は、原稿照明装置における主走査方向の照度分布を示す断面図である。被照明面４の長さは、用いる原稿の幅、たとえば上限がＡ４サイズ（２１０×２９７ｍｍ）であれば２１０ｍｍ、Ａ３サイズ（２９７×４２０ｍｍ）であれば２９７ｍｍ、あるいはサービス版の写真であれば９０ｍｍというように、所望の大きさに適宜決めればよい。被照明面４の領域はそれ自身走査を行う部分ではないが、画像読み取りに関して上記のような関係に定めてあるので、その長手方向を副走査方向と呼び、他方、幅方向を主走査方向と呼ぶことにする。

この実施の形態では、特に図２に示すように、原稿面の主走査方向端部にＬＥＤチップ１を新たに配置し、かつそのＬＥＤチップ１は原稿面に向けて照射する光の向きを蛍光体からの励起成分を多く含む向きに傾けて配置する。この特徴となる構成を図３に拡大して示す。なお、この図３では左側のみ拡大しているが、右部分についても同様の構成、すなわち図３では不図示であるが左右対象の構成となっている。これにより、原稿面の主走査方向端部で不足していた蛍光体からの励起成分を補い、原稿面の主走査方向における色度分布を均一にすることができる。

なお、図２では両端のＬＥＤチップ１をそれぞれ１チップのみを傾けているが、これに限らず両側のそれぞれ複数個傾けた構成としてもよい。また、図２ではＬＥＤチップ１を実装するＬＥＤ基板１１の端部を折り曲げた構成であるが、ＬＥＤ基板１１は平面のままでＬＥＤチップ１のみを傾けて実装してもよく、また、ＬＥＤ基板１１を湾曲させた構成としてもよい。

主走査方向の端部のＬＥＤチップ１を傾ける角度の一例として、図３および後述する図４に示した通りに角度αおよびβを定義した場合、原稿面に向かう方向に対し端部のＬＥＤチップ１の法線ベクトル方向を角度α〜β分外側に傾けるとよい。このように角度α〜β分外側に傾けた構成とすることにより、青色ＬＥＤからの直接光成分は排除され、蛍光体からの励起成分を多く含む光のみを効率的に補うことができ、被照明面（原稿面）４の主走査方向における色度分布を一様にすることができる。

なお、表面実装型のＬＥＤチップではなく、リード型ＬＥＤを用いてＬＥＤアレイ光源を構成する場合は、端部ＬＥＤのリード線を曲げることにより所望の角度に傾けてもよい。この手段を用いることにより、ＬＥＤチップ１を実装するＬＥＤ基板１１の端部の折り曲げ加工を必要としなくなるというメリットがある。

つぎに、この実施の形態で用いるＬＥＤチップ１について説明する。ＬＥＤ光源として近年、一般的に利用されるようになった白色のＬＥＤチップ１のチップ単体の概略構成を図４に示す。この図４において、上側が断面図、下側が上面図である。また、符号１２は電極、符号１３は筐体、符号１４は青色ＬＥＤ、符号１５は蛍光体層、符号１６は導電ワイヤである。

この図４に示すＬＥＤチップ１の構成では、青色ＬＥＤ１４からの直接光である青色の光と、その一部がＹＡＧ系の蛍光体層１５を励起して得た黄色の光で擬似白色を得ている。ただし、ＬＥＤチップ１が発する光の色度は一定ではなく、ＬＥＤチップ１の法線ベクトル方向を中心とした分布を持っている。すなわち、青色ＬＥＤ１４からの直接光成分を多く含み青色が強い領域（図４で法線ベクトル方向からαの角度をなす領域）と、蛍光体層１５からの励起成分を多く含み黄色が強い領域（図４で法線ベクトル方向から（β−α）の角度をなす領域）に分けられる（たとえば、特開２００６−４２０１６号公報参照）。

ところで、ＬＥＤ光源を用いた画像読取装置では、その照明光の照度を原稿読取に適する所望の照度に調整して使用する場合が多い。図５は、上述した実施の形態にかかる原稿照明装置を用いた画像読取装置の構成を示すブロック図である。この図５において、符号１００は、マイクロコンピュータシステムで構成され、この原稿読取装置を統括的に制御する制御部、符号１０１はＣＰＵ、符号１０２はＲＯＭ、符号１０３はＲＡＭ、符号１０４は外部Ｉ／Ｆ、符号１０５はモータ制御部、符号１０６は光源点灯制御部、符号１０７は光電変換素子駆動部、符号１０８は画像処理部、符号１１０はキャリッジを副走査方向に駆動するための駆動源であるモータ、符号１１１はモータ駆動回路（ドライバ）、符号１１２は読取キャリッジ、符号１１３は上述したＬＥＤ１を主走査方向に配列したＬＥＤアレイの光源部、符号１１４はＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの光電変換素子、符号１１５は光源点灯回路、符号１１６は光電変換素子駆動回路、符号１１７は画像処理回路である。

この画像読取装置は、制御部１００により読取キャリッジ１１２を走査駆動し、原稿の表面に対するＬＥＤアレイによる照射の反射光をミラー及びレンズ（不図示）によりＣＣＤなどの光電変換素子１１４に集光して読み取り、Ａ／Ｄ変換してＲＧＢ各８ｂｉｔのデジタル画像データを生成する。さらに、この画像データに対するＭＴＦ補正、シェーディング補正、スキャナガンマ補正などの画像処理を実行する。

ここで、図５に示した画像読取装置の構成では、主走査方向の端部における色ムラを改善することができるが、傾けたＬＥＤチップ１を主走査方向の端部に新たに配置したことにより、この主走査方向の端部の原稿面の照度が上がり結果的に主走査方向の照度ムラとなって現れる。

主走査方向の照度ムラについては画像読取装置側で一般的に行っているシェーディング補正のような画像処理で補正できることが既に知られているが、原稿面における照度ムラをなくし、照度分布を均一にした方が原稿照明装置としてより好適であることには変わりない。

そこで、一実施の形態として、主走査方向に構成されるＬＥＤアレイにおいて、主走査方向端部のＬＥＤチップ１と主走査方向の中央部のＬＥＤチップ１の照度を制御する照度制御手段をそれぞれ個別に設けた構成とする。これにより主走査方向端部と主走査方向中央部の照度制御をそれぞれ個別に行うことが可能となる。このように構成することで、原稿面の主走査方向端部における照明光の色ムラに加えて照度ムラをも改善することができる。

したがって、上述した実施の形態によれば、ＬＥＤ光源を用いた原稿照明装置において、主走査方向端部のＬＥＤチップ１が原稿面に向けて照射する光の向きを蛍光体からの励起成分を多く含む向きに傾けたことにより、端部で不足していた蛍光体からの励起成分を補い、原稿面の主走査方向における色度分布を一様にしたので、原稿面の主走査方向の端部における照明光の色ムラを改善することができる。

また、簡易な構造であり、ＬＥＤの色度ランク分別を行わないため、組立効率が向上する。また、ＬＥＤチップ１の色度ランク分別を行わないため、ＬＥＤ部品の入手性がよくなる。さらに、主走査方向に対してわずかなサイズアップのみで改善可能できるので、装置自体が大型化しなくなる。

この実施の形態では、照明系が原稿台（コンタクトガラス）を一定速度で走査するフラットベット方式のスキャナーを例にとって説明した。しかし、この方式に限定されることなく、白色ＬＥＤの導光による照明系の構成であれば他のスキャナー方式にも適用できる。したがって、本発明の原稿照明装置は、白色ＬＥＤの導光による照明系を有するデジタルスキャナを搭載したデジタル複写機あるいは複合機などに適用することが可能である。

また、この実施の形態では、ＬＥＤとして、現在一般的に用いられている青色ＬＥＤと黄色蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤを例にとって説明したが、これに限らず、上記白色ＬＥＤと同等の光出力特性が得られる光制御を含むＬＥＤであってもよい。

以上のように、本発明にかかる原稿照明装置、画像読取装置、および画像形成装置、並びに原稿照明方法は、デジタルスキャナ、デジタル複写機、複合機などに有用であり、特に、白色ＬＥＤの導光による照明系を用いた装置、システムに適している。

１ ＬＥＤチップ
２ 導光部材
３ 原稿台
４ 被照明面
１０ ＬＥＤアレイ
１１ ＬＥＤ基板
１４ 青色ＬＥＤ
１５ 蛍光体層
１６ 導電ワイヤ
１００ 制御部
１１２ 読取キャリッジ

特開２００８−３０４６７５号公報 特開２００６−１７９５２号公報 特開平８−３１７１３３号公報 特開平９−５０５１０号公報

Claims (7)

1. 原稿の読取位置となる原稿面と、複数のＬＥＤを主走査方向に配列し、原稿面を照明する照明手段とを有し、前記照明手段が前記原稿面に対して光照明する原稿照明装置であって、
   前記照明手段の複数のＬＥＤのうち、前記原稿面の主走査方向の端部に対して照明する光の向きを、前記ＬＥＤの蛍光体からの励起成分を多く含む向きに傾けて配置することを特徴とする原稿照明装置。
2. 前記ＬＥＤは白色ＬＥＤであって、
   前記白色ＬＥＤの法線ベクトル方向を発光中心とし、法線ベクトルから角度αをなす領域を青色ＬＥＤからの直接光成分を多く含む青色が強い領域、他方、法線ベクトルから角度β―αをなす領域を蛍光体からの励起成分が多く含む黄色が強い領域、とした場合に、前記複数の白色ＬＥＤのうち、端部に配置される白色ＬＥＤを、前記原稿面に向かう方向に対して端部の白色ＬＥＤの法線ベクトル方向を角度α〜β外側に傾けることを特徴とする請求項１に記載の原稿照明装置。
3. 前記複数のＬＥＤは基板上にリード線で実装され、前記複数のＬＥＤのうち、主走査方向の端部のＬＥＤのリード線を所定の傾きに曲げて配置す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. 主走査方向の端部に配置したＬＥＤと、主走査方向の端部以外に配置した中央部分のＬＥＤと、のそれぞれに照明光に対する照度制御を行う照度制御手段を有することを特徴とする請求項１，２または３に記載の原稿照明装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の原稿照明装置を搭載し、原稿を照明して画像を光学的に読み取ることを特徴とする画像読取装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の原稿照明装置を搭載し、原稿を照明して画像を光学的に読み取り、その画像の形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
7. 主走査方向に配列した複数のＬＥＤにより読取位置の原稿面に対して光照射する原稿照明装置で実行される原稿照明方法であって、
   前記複数のＬＥＤのうち、前記原稿面の主走査方向の端部に対して照射する光の向きを、前記ＬＥＤの蛍光体からの励起成分を多く含む向きに傾けることを特徴とする原稿照明方法。

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