JP2012114760A - 照明光学系、原稿読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色ムラが抑制された光で対象物を照明することができる照明光学系を提供する。
【解決手段】 複数のＬＥＤ素子１１、ＬＥＤ実装ボード１２、反射部材などを有している。複数のＬＥＤ素子１１は、ａ方向に沿って１列に配置されている。各ＬＥＤ素子１１は、青色の光を射出する３つのＬＥＤチップ１００、及び該３つのＬＥＤチップ１００からの光によって黄色の蛍光を発する蛍光体１０２を有している。そして、互いに隣接する２つのＬＥＤ素子１１は、一方のＬＥＤ素子１１に対して、他方のＬＥＤ素子１１がｃ方向に平行な軸まわりに１８０度回転された状態で、ＬＥＤ実装ボード１２に実装されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、照明光学系、原稿読取装置及び画像形成装置に係り、更に詳しくは、複数のＬＥＤ素子を有する照明光学系、該照明光学系を備える原稿読取装置、及び該原稿読取装置を備える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」という）の開発が活発に行われており、ＬＥＤの明るさは急速に高まっている。

ＬＥＤは、一般的に長寿命、高効率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ＬＥＤ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の原稿照明装置がある。

照明の光源として、励起用のＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの放出光によって蛍光を発する蛍光体とを含むＬＥＤ素子が多く普及している。その代表例として、擬似白色ＬＥＤ素子がある。

現在、市販されて流通している主流の擬似白色ＬＥＤ素子は、青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤを覆うコーティング部材などから構成されている。このコーティング部材は、黄色系の蛍光物質を含有している。この場合、青色ＬＥＤから射出された光で黄色系の蛍光物質を励起し、その黄色系の発光スペクトルと青色ＬＥＤの発光スペクトルとを合わせることにより、白色の発光スペクトルを得ている（例えば、特許文献１参照）。

このような擬似白色ＬＥＤ素子では、青色ＬＥＤの直上部分の中央部と、直下に青色ＬＥＤがない周辺部とでは発光する光の色味がそれぞれ異なり、青色ＬＥＤの直上部分の中央部は青色が強く、また周辺部は黄色が強い。このように、擬似白色ＬＥＤ素子は、照射角度によって色味が異なり、該擬似白色ＬＥＤ素子を照明の光源に採用した場合には、被照射部をライン状に照明する光が一様な色とならないいわゆる色ムラが発生する。

例えば、特許文献２には、光源と読取ラインとの間に、光源から読取ラインに照射される光を規制するマスク部材を備えた画像読取装置が開示されている。

また、特許文献３には、白色発光ダイオードから発光した光を反射させて原稿面に導光する平面反射鏡より成る反射部材を有している原稿照明装置が開示されている。

ところで、パッケージ内に複数のＬＥＤチップが収容されている、いわゆるマルチチップタイプのＬＥＤ素子が普及し始めている。

このマルチチップタイプのＬＥＤ素子は、用いられるＬＥＤチップが同じであれば、１チップタイプのＬＥＤ素子よりも、１ＬＥＤ素子当たりの光量が増えるので、ＬＥＤ素子の個数を増やさなくても必要な光量が得られやすい。これは、実装基板上のスペースに制約がある場合にも使用することができる。また、部品点数が減少し、実装コストも安く済むなどメリットもある。

本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、色ムラが抑制された光で対象物を照明することができる照明光学系を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、精度良く原稿を読み取ることができる原稿読取装置を提供することにある。

また、本発明の第３の目的は、高品質の画像を形成することができる画像形成装置を提供することにある。

本発明は、第１の観点からすると、第１の方向に相対的に移動する対象物の表面を照明する照明光学系であって、複数のＬＥＤチップ、及び該複数のＬＥＤチップからの光によって蛍光を発する蛍光体を含むＬＥＤ素子を複数有し、該複数のＬＥＤ素子は、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って配置され、該複数のＬＥＤ素子における互いに隣接する２つのＬＥＤ素子は、それらの複数のＬＥＤチップの配列が互いに異なっている照明光学系である。

これによれば、色ムラが抑制された光で対象物を照明することができる。

本発明は、第２の観点からすると、本発明の照明光学系と；前記照明光学系から射出され原稿で反射された光の光路上に配置された読取光学系と；前記読取光学系を介した光が入射する撮像素子と；を備える原稿読取装置である。

これによれば、精度良く原稿を読み取ることができる。

本発明は、第３の観点からすると、本発明の原稿読取装置と；該原稿読取装置で読み取られた画像情報に基づいて記録媒体上に画像を形成する本体装置と；を備える画像形成装置である。

これによれば、高品質の画像を形成することができる。

本発明の一実施形態に係る複合機の概略構成を説明するための図である。 図１の一部を拡大した図である。 図１における読取装置を説明するための図（その１）である。 図１における読取装置を説明するための図（その２）である。 照明光学系を説明するための図である。 複数のＬＥＤ素子の配列を説明するための図である。 複数のＬＥＤチップの配列を説明するための図である。 反射部材を説明するための図である。 移動方向に関してＬＥＤ素子におけるＬＥＤチップが１つの場合に、読取面が照明されたときの照明領域を説明するための図である。 移動方向に関してＬＥＤ素子におけるＬＥＤチップが２つの場合に、読取面が照明されたときの照明領域を説明するための図である。 ＬＥＤチップの変形例１を説明するための図である。 ＬＥＤチップの変形例２を説明するための図である。 ＬＥＤチップの変形例３を説明するための図である。 ＬＥＤチップの変形例４を説明するための図である。 ＬＥＤチップの変形例５を説明するための図である。 ＬＥＤチップの変形例６を説明するための図である。 ＬＥＤチップの変形例７を説明するための図である。 照明光学系の変形例１を説明するための図である。 照明光学系の変形例２を説明するための図である。 照明光学系の変形例３を説明するための図である。 照明光学系の変形例４を説明するための図である。 読取装置の変形例を説明するための図（その１）である。 読取装置の変形例を説明するための図（その２）である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１及び図２には、一実施形態に係る画像形成装置としての複合機２０００の概略構成が示されている。なお、図２は、図１の一部を拡大した図である。

この複合機２０００は、複写機、プリンタ、及びイメージスキャナの機能を有し、本体装置１００１、読取装置１００２、及び自動原稿給紙装置１００３などを備えている。

なお、ここでは、ＸＹＺ３次元直交座標系において、複合機２０００が設置されている床面に直交する方向をＺ軸方向として説明する。

本体装置１００１は、４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）を重ね合わせてフルカラーの画像を形成するタンデム方式の多色カラープリンタである。

読取装置１００２は、本体装置１００１の上側（＋Ｚ側）に配置され、原稿を読み取る。ここで読み取られた原稿の画像情報は、本体装置１００１のプリンタ制御装置２０９０に送られる。

自動原稿給紙装置１００３は、読取装置１００２の上側（＋Ｚ側）に配置され、セットされた原稿を読取装置１００２に向けて送り出す。この自動原稿給紙装置１００３は、一般にＡＤＦ（Ａｕｔｏ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ）と呼ばれている。

先ず、本体装置１００１の詳細について説明する。

本体装置１００１は、光走査装置２０１０、４つの感光体ドラム（２０３０ａ、２０３０ｂ、２０３０ｃ、２０３０ｄ）、４つのクリーニングユニット（２０３１ａ、２０３１ｂ、２０３１ｃ、２０３１ｄ）、４つの帯電装置（２０３２ａ、２０３２ｂ、２０３２ｃ、２０３２ｄ）、４つの現像装置（２０３３ａ、２０３３ｂ、２０３３ｃ、２０３３ｄ）、転写ベルト２０４０、転写ローラ２０４２、定着装置２０５０、４つのピックアップローラ２０５４、４つのフィードローラ２０５５、レジストローラ２０５６、排紙ローラ２０５８、４つの給紙トレイ２０６０、排紙トレイ２０７０、通信制御装置２０８０、及び上記各部を統括的に制御するプリンタ制御装置２０９０などを備えている。

通信制御装置２０８０は、ネットワークなどを介した上位装置（例えばパソコン）との双方向の通信を制御する。

プリンタ制御装置２０９０は、ＣＰＵ、該ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム及び該プログラムを実行する際に用いられる各種データが格納されているＲＯＭ、作業用のメモリであるＲＡＭ、アナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換回路などを有している。そして、プリンタ制御装置２０９０は、読取装置１００２からの画像情報あるいは通信制御装置２０８０を介した画像情報を光走査装置２０１０に出力する。

感光体ドラム２０３０ａ、帯電装置２０３２ａ、現像装置２０３３ａ、及びクリーニングユニット２０３１ａは、組として使用され、ブラックの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｋステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｂ、帯電装置２０３２ｂ、現像装置２０３３ｂ、及びクリーニングユニット２０３１ｂは、組として使用され、シアンの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｃステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｃ、帯電装置２０３２ｃ、現像装置２０３３ｃ、及びクリーニングユニット２０３１ｃは、組として使用され、マゼンタの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｍステーション」ともいう）を構成する。

感光体ドラム２０３０ｄ、帯電装置２０３２ｄ、現像装置２０３３ｄ、及びクリーニングユニット２０３１ｄは、組として使用され、イエローの画像を形成する画像形成ステーション（以下では、便宜上「Ｙステーション」ともいう）を構成する。

各感光体ドラムはいずれも、その表面に感光層が形成されている。すなわち、各感光体ドラムの表面がそれぞれ被走査面である。

各帯電装置は、対応する感光体ドラムの表面をそれぞれ均一に帯電させる。

光走査装置２０１０は、プリンタ制御装置２０９０からの画像情報（ブラック画像情報、シアン画像情報、マゼンタ画像情報、イエロー画像情報）に基づいて変調された光束で、対応する感光体ドラムの表面を走査する。

これにより、各感光体ドラムの表面では、光が照射された部分だけ電荷が消失し、画像情報に対応した潜像が各感光体ドラムの表面にそれぞれ形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラムの回転に伴って対応する現像ローラの方向に移動する。

各現像装置は、対応する感光体ドラムの表面に形成された潜像にトナーを付着させて顕像化させる。ここでトナーが付着した像（トナー画像）は、感光体ドラムの回転に伴って転写ベルト２０４０の方向に移動する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー画像は、所定のタイミングで転写ベルト２０４０上に順次転写され、重ね合わされて多色のカラー画像が形成される。

各給紙トレイ２０６０には記録紙が格納されている。そして、各給紙トレイ２０６０の近傍にはそれぞれピックアップローラ２０５４が配置されている。

ユーザが記録紙を指定すると、該記録紙が格納されている給紙トレイ２０６０が、プリンタ制御装置２０９０によって選択される。

選択された給紙トレイ２０６０に対応するピックアップローラ２０５４は、記録紙を該給紙トレイ２０６０から１枚ずつ取り出し、フィードローラ２０５５を介してレジストローラ２０５６に搬送する。該レジストローラ２０５６は、所定のタイミングで記録紙を転写ベルト２０４０と転写ローラ２０４２との間隙に向けて送り出す。これにより、転写ベルト２０４０上のカラー画像が記録紙に転写される。ここで転写された記録紙は、定着装置２０５０に送られる。

定着装置２０５０では、熱と圧力とが記録紙に加えられ、これによってトナーが記録紙上に定着される。ここで定着された記録紙は、排紙ローラ２０５８を介して排紙トレイ２０７０に送られ、排紙トレイ２０７０上に順次スタックされる。

各クリーニングユニットは、対応する感光体ドラムの表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。残留トナーが除去された感光体ドラムの表面は、再度対応する帯電装置に対向する位置に戻る。

次に、読取装置１００２の詳細について説明する。

読取装置１００２は、一例として図３に示されるように、原稿が載置されるコンタクトガラス１１０の−Ｚ側に配置され、照明光学系１０、３枚の折り返しミラー（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）、読み取りレンズ５０、ＣＣＤ６０などを有している。

コンタクトガラス１１０の＋Ｚ側の面上に原稿が載置される。そして、以下では、原稿の−Ｚ側の面を「原稿面」ともいう。また、コンタクトガラス１１０の＋Ｚ側の面を「読取面」ともいう。

読取装置１００２は、いわゆる差動ミラー方式の読取装置であり、照明光学系１０と３枚の折り返しミラー（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）がＸ軸方向に移動可能となっている（図４参照）。すなわち、照明光学系１０の移動方向は、Ｘ軸方向である。

照明光学系１０は、一例として図５に示されるように、複数のＬＥＤ素子１１、ＬＥＤ実装ボード１２、反射部材１３などを有している。なお、読取面における照明光学系１０からの光が照射される領域は「照明領域」と呼ばれ、該照明領域の中央部は「読取領域」と呼ばれている。

複数のＬＥＤ素子１１は、一例として図６に示されるように、Ｙ軸方向に沿って１列に配置されている。なお、以下では、便宜上、各ＬＥＤ素子１１における光の射出方向を「ｃ方向」、ＬＥＤ実装ボード１２の長手方向を「ａ方向」（Ｙ軸方向と同じ）、短手方向を「ｂ方向」として説明する。

各ＬＥＤ素子１１は、一例として図７に示されるように、３つのＬＥＤチップ１００、該３つのＬＥＤチップ１００からの放出光によって蛍光を発する蛍光体１０２、パッケージ部材１０３、及び電極（図示省略）などから構成されている。ここでは、各ＬＥＤチップ１００は、青色の光を射出するＬＥＤチップである。また、蛍光体１０２は、黄色の蛍光を発する蛍光体である。

３つのＬＥＤチップ１００は、２次元的に配置されている。そして、互いに隣接する２つのＬＥＤ素子１１は、一方のＬＥＤ素子１１に対して、他方のＬＥＤ素子１１がｃ方向に平行な軸まわりに１８０度回転された状態で、ＬＥＤ実装ボード１２に実装されている。

図５に戻り、反射部材１３は、複数のＬＥＤ素子１１から射出された光束の光路上に配置されている。この反射部材１３は、ＸＺ断面が凹形状の反射面を有し、該凹形状をＹ軸方向に延長した長尺の反射部材である（図８参照）。反射部材１３は、複数のＬＥＤ素子１１から射出された光束を集光させ、光利用効率を向上させる。

ところで、照明光学系の移動方向に関してＬＥＤチップを１つのみ有するＬＥＤ素子によって読取面を照明する場合の照明領域が、模式図的に図９に示されている。この場合は、照明領域の周辺部において、黄色味が強く、色ムラが目立っている。

一方、照明光学系の移動方向に関してＬＥＤチップを２つ有するＬＥＤ素子によって読取面を照明する場合の照明領域が、模式図的に図１０に示されている。この場合は、照明領域の全体において、青色の光と黄色の光は混ざり合っており、色ムラは目立たない。

本実施形態では、各ＬＥＤ素子１１が、照明光学系１０の移動方向に対応する方向であるｂ方向に関して２つのＬＥＤチップを有しているため、色ムラは目立たない。また、互いに隣接する２つのＬＥＤ素子１１について、一方のＬＥＤ素子１１に対して、他方のＬＥＤ素子１１がｃ方向に平行な軸まわりに１８０度回転された状態で、ＬＥＤ実装ボード１２に実装されているため、更に色ムラを低減させることができる。

図１１〜図１７には、ＬＥＤチップ１００の変形例がそれぞれ示されている。

以上説明したように、本実施形態に係る照明光学系１０によると、複数のＬＥＤ素子１１、ＬＥＤ実装ボード１２、反射部材１３などを有している。そして、複数のＬＥＤ素子１１は、照明光学系１０の移動方向に直交する方向に沿って１列に配置されている。

各ＬＥＤ素子１１は、青色の光を射出する３つのＬＥＤチップ１００、及び該３つのＬＥＤチップ１００から射出される光によって黄色の蛍光を発する蛍光体１０２を有している。

そして、互いに隣接する２つのＬＥＤ素子１１は、一方のＬＥＤ素子１１に対して、他方のＬＥＤ素子１１がｃ方向に平行な軸まわりに１８０度回転された状態で、ＬＥＤ実装ボード１２に実装されている。

この場合は、色ムラが抑制された光で原稿を照明することができる。

そして、読取装置１００２は、照明光学系１０を備えているため、精度良く原稿を読み取ることができる。

また、複合機２０００は、読取装置１００２を備えているため、結果として、高品質の画像を形成することができる。

なお、一例として図１８に示されるように、前記反射部材１３に代えて、導光部材２４を用いても良い。この導光部材２４は、Ｙ軸方向を長手方向とする平行平板である。

また、一例として図１９に示されるように、前記反射部材１３に代えて、導光部材２５を用いても良い。この導光部材２５は、Ｙ軸方向を長手方向とし、一側の端面での厚さが他側の端面での厚さよりも小さい板状部材である。そして、一側の端面に複数のＬＥＤ素子１１からの光が入射し、他側の端面からコンタクトガラス１１０に向けて射出される。

また、一例として図２０に示されるように、前記反射部材１３に代えて、導光部材２６を用いても良い。この導光部材２６は、Ｙ軸方向を長手方向とし、それぞれの反射面が互いに対向して設けられた２枚の反射ミラーを有している。

また、一例として図２１に示されるように、前記反射部材１３に代えて、照明光学系１０の移動方向に対応する方向の屈折力が正であるレンズ２７を用いても良い。

また、一例として図２２に示されるように、照明光学系１０、３枚の折り返しミラー（Ｍ１、Ｍ２）、読み取りレンズ５０、及びＣＣＤ６０が、筐体７０に保持されていても良い。そして、原稿読み取り時には、一例として図２３に示されるように、筐体７０がＸ軸方向に移動する。この場合は、読取装置１００２の小型化を図ることができる。

また、上記実施形態では、ＬＥＤ素子１１が３個のＬＥＤチップ１００を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、ＬＥＤ素子１１が複数のＬＥＤチップ１００を有し、互いに隣接する２つのＬＥＤ素子１１が、一方のＬＥＤ素子１１に対して、他方のＬＥＤ素子１１がｃ方向に平行な軸まわりに１８０度回転された状態で、ＬＥＤ実装ボード１２に実装されていれば良い。

また、上記実施形態では、ＬＥＤチップ１００が青色の光を射出する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、蛍光体１０２が黄色の蛍光を発する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態では、画像形成装置として複合機の場合について説明したが、これに限定されるものではない。画像形成装置が、単独の複写機、及びイメージスキャナであっても良い。

以上説明したように、本発明の照明光学系によれば、色ムラが抑制された光で対象物を照明するのに適している。また、本発明の原稿読取装置によれば、精度良く原稿を読み取るのに適している。また、本発明の画像形成装置によれば、高品質の画像を形成するのに適している。

１０…照明光学系、１１…ＬＥＤ素子、１２…ＬＥＤ実装ボード、１３…反射部材、２４…導光部材、２５…導光部材、２６…導光部材、２７…レンズ（レンズ部材）、５０…読み取りレンズ（読取光学系の一部）、６０…ＣＣＤ（撮像素子）、７０…筐体、１００…ＬＥＤチップ、１０２…蛍光体、１１０…コンタクトガラス、１００１…本体装置、１００２…読取装置（原稿読取装置）、２０００…複合機（画像形成装置）、Ｍ１〜Ｍ３…折り返しミラー（読取光学系の一部）。

特開２００９−０６０３４４号公報 特開２００９−１７５３２０号公報 特開２００６−０４２０１６号公報

Claims (11)

1. 第１の方向に相対的に移動する対象物の表面を照明する照明光学系であって、
   複数のＬＥＤチップ、及び該複数のＬＥＤチップからの光によって蛍光を発する蛍光体を含むＬＥＤ素子を複数有し、
   該複数のＬＥＤ素子は、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って配置され、
   該複数のＬＥＤ素子における互いに隣接する２つのＬＥＤ素子は、それらの複数のＬＥＤチップの配列が互いに異なっている照明光学系。
2. 前記複数のＬＥＤチップは、少なくとも３個のＬＥＤチップであり、
   前記複数のＬＥＤ素子における互いに隣接する２つのＬＥＤ素子は、一方のＬＥＤ素子に対して、他方のＬＥＤ素子が前記第１の方向及び前記第２の方向のいずれにも直交する方向の軸まわりに１８０度回転された状態で実装されていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記複数のＬＥＤ素子からの光の光路を、前記対象物に向かう方向に折り曲げる反射部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
4. 前記複数のＬＥＤ素子からの光の光路を、前記対象物に導く導光部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
5. 前記導光部材は、平行平板であり、一側の端面に前記複数のＬＥＤ素子からの光が入射し、他側の端面から射出されることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
6. 前記導光部材は、一側の端面での厚さが他側の端面での厚さよりも小さい板状部材であり、前記一側の端面に前記複数のＬＥＤ素子からの光が入射し、前記他側の端面から射出されることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
7. 前記導光部材は、それぞれの反射面が互いに対向して設けられた２枚の反射ミラーを有することを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
8. 前記複数のＬＥＤ素子からの光の光路を、前記対象物に導くレンズ部材を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学系。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明光学系と；
   前記照明光学系から射出され原稿で反射された光の光路上に配置された読取光学系と；
   前記読取光学系を介した光が入射する撮像素子と；を備える原稿読取装置。
10. 前記照明光学系、前記読取光学系及び前記撮像素子が保持される筐体を備えることを特徴とする請求項９に記載の原稿読取装置。
11. 請求項９又は１０に記載の原稿読取装置と；
    該原稿読取装置で読み取られた画像情報に基づいて記録媒体上に画像を形成する本体装置と；を備える画像形成装置。

Images