JP2012114878A - 照明装置、画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

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和宏 赤津
Kazuya Miyagaki
一也 宮垣
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淳 高浦
Nobuaki Ono
信昭 小野
Yasuyuki Shibayama
恭之 柴山
Yasuo Sakurai
靖夫 桜井
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Abstract

【課題】色ずれを抑制することができる照明装置を提供する。
【解決手段】 複数のLED素子11、導光板13、及び反射ミラーなどを有している。各LED素子11は、青色の光を射出するLEDチップ、及び該LEDチップからの光によって黄色の蛍光を発する蛍光体を有している。そして、導光板13は、反射面を有し、複数のLED素子11から射出された光線のうち平均色(白色)の光線Pが、該反射面で1回反射され、射出面から射出された後、照明領域の中央に到達するような形状とされている。
【選択図】図9

Description

本発明は、照明装置、画像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素子を有する照明装置、該照明装置を備える画像読取装置、及び該画像読取装置を備える画像形成装置に関する。
従来、スキャナなどの画像読取装置では、コンタクトガラス上に配置され読取対象物となる原稿の原稿面に向けて光を射出する光源を有し、原稿面で反射された後に読取光軸に沿って進行する読取光をレンズを介してCCD等の画像読取部に結像し、原稿画像を読み取っている。
このような画像読取装置では、その光源として、蛍光灯やキセノンランプ等の線状光源や、LED等の点状光源を並べたものが使用されている。LED等の点状光源を使用すると、画像読取装置の小型化、及び消費電力の低減を図ることができる。
画像読取装置の光源として用いられる白色LEDは、青色に発光するLEDチップと、該LEDチップからの青色光によって黄色に発光する蛍光体とを有しており、青色光の発光位置と黄色光の発光位置とが互いに異なっている。
図16には、白色LEDから射出された青色光の照明位置と照度との関係、及び黄色光の照明位置と照度との関係が示されている。照明領域の中央部では、黄色光と青色光の照度比率がほぼ一定であるから白色になるが、周辺部では、青色光の照度比率が下がるため、黄色がかった白色光になってしまう。
図17には、白色LEDから射出される光の色が示されている。法線に対し±γの角度の範囲内では青味がかった白色光になり、その周辺の領域は黄色味がかった白色光になる。そこで、対象物に照射された光は、図18に示されるように、中央部が青味がかった白色光、周辺部が黄色味がかった白色光となり、それらの中間領域は平均色(白色光領域)になる。
図19(A)には、白色LEDからの平均色(白色)の光線が、導光部材の+側の反射面で反射して、射出端の中央を通る場合が示されている。この場合、照明領域の中央は青っぽい白色光になる(図19(B)参照)。
図20(A)には、白色LEDからの平均色(白色)の光線が、導光部材の−側の反射面で反射して、射出端の中央を通る場合が示されている。この場合も、照明領域の中央は青っぽい白色光になる(図20(B)参照)。
図21には、図19(B)と図20(B)を合成した場合が示されている。この例では、照明領域は全体的に青側にシフトした色となってしまう。そこで、この場合は、想定よりも青味のつよい読み取りになってしまう。
また、複数個の白色LEDを一列に並べて照明装置を構成する場合、並びの方向であっても光の重なり具合で、照明光に色ずれが生じることがある。なお、この色ずれとは、白色LEDからの光の射出角の違いによる色差によって、照明領域の少なくとも一部で色が所望の色(白色)からずれる現象をいう。また、並びの方向に直交する方向にも色ずれが生じる。これらの色ずれがあると、照明色によって読取色が変化してしまうという不都合があった。
また、照明装置の小型化に伴って、光源からの光を対象物に導く導光板では、その光軸方向の寸法が短くなり、光源からの光は、1回の反射で導光板から射出される場合もある。
例えば、特許文献1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2には、光源と原稿の読取位置とを結ぶ照明用の光軸中に設けられた板状の透明部材の大きさを規定した原稿照明装置が開示されている。
また、特許文献3には、導光体が、出射面と入光面と複数の反射面とを備え、出射面が凸状に形成され、入光面が光源の照射面に沿って略平行に対向する平面を備えているライン状照明装置が開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示されている画像読取装置では、部品数が増加し、部品費用や組み立て費用が上昇することや、照明光の一部を使わないので光利用効率が悪くなるという不都合があった。
また、特許文献2に開示されている原稿照明装置では、照明領域内で色ずれが生じるという不都合があった。
また、特許文献3に開示されているライン状照明装置では、一方の直接光にLED光源の周辺光が用いられるため、黄色味がかった光となり、全体としては黄色味がかった照明光となるという不都合があった。
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、色ずれを抑制することができる照明装置を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、精度良く画像を読み取ることができる画像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装置であって、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、第1の色の光を発するLEDチップと該LEDチップからの光によって前記第1の色とは異なる第2の色の蛍光を発する蛍光体とをそれぞれが含む複数のLED素子と;前記複数のLED素子からの複数の光を前記対象物に向けて射出する導光部材と;を備え、前記複数のLED素子から射出され、前記対象物における照明領域の表面で前記第1の色と前記第2の色の平均色となる光線が、前記照明領域の中央に到達することを特徴とする照明装置である。
これによれば、色ずれを抑制することができる。
本発明は、第2の観点からすると、本発明の照明装置と;前記照明装置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;を備える画像読取装置である。
これによれば、精度良く画像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、本発明の画像読取装置と;該画像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。 照明装置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。 各LED素子の概略構成を説明するための図である。 導光板を説明するための図(その1)である。 図9(A)及び図9(B)は、それぞれ導光板を説明するための図(その2)である。 図10(A)及び図10(B)は、それぞれ導光板を説明するための図(その3)である。 照明領域を照射する光の色を説明するための図である。 導光板の変形例を説明するための図である。 図13(A)及び図13(B)は、それぞれ図12の導光板の作用を説明するための図である。 光反射部材を説明するための図である。 図15(A)及び図15(B)は、それぞれ図14の光反射部材の作用を説明するための図である。 従来の不都合点を説明するための図(その1)である。 従来の不都合点を説明するための図(その2)である。 従来の不都合点を説明するための図(その3)である。 図19(A)及び図19(B)は、それぞれ従来の不都合点を説明するための図(その4)である。 図20(A)及び図20(B)は、それぞれ従来の不都合点を説明するための図(その5)である。 従来の不都合点を説明するための図(その6)である。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図11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装置の方向に移動する。
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、照明装置10、3枚の反射ミラー(M1、M2、M3)、読み取りレンズ50、CCD60などを有している。なお、3枚の反射ミラー(M1、M2、M3)と読み取りレンズ50とCCD60とからなる構成は、画像読取装置と呼ばれている。
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。
照明装置10と反射ミラーM1は、第1の走行機構L1によって、一体的にX軸方向に移動可能である。また、反射ミラーM2と反射ミラーM3は、第2の走行機構L2によって、一体的にX軸方向に移動可能である。
原稿を読み取る際には、照明装置10と反射ミラーM1は速度Vで、反射ミラーM2と反射ミラーM3は速度V/2で移動し、原稿面全体を読み取る(図4参照)。
照明装置10は、一例として図5に示されるように、複数のLED素子11、該複数のLED素子11が実装されている基板12、導光板13、及び反射ミラー14などを有している。導光板13及び基板12は、板ばね31及びねじ32によってホルダ33に固定されている。また、反射ミラー14は、ホルダ34に固定されている。なお、読取面における照明装置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」、基板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、白色LED素子であり、一例として図7に示されるように、LEDチップ100、該LEDチップ100からの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、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。
図5に戻り、導光板13は、Y軸方向を長手方向とする板状部材であり、複数のLED素子11から射出された光の光路上に配置されている(図8参照)。そして、導光板13は、複数のLED素子11から射出された光が一側の端面に入射し、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。
導光板13は、次の(1)式及び(2)式が満足されるように設定されている。
β=asin(n×sinγ) ……(1)
C=a/(2×tanγ)+(a/2−L×tanβ)/tanγ ……(2)
ここでは、LED素子11から射出された光線のうち平均色(白色)となる光線(「光線P」という)と導光板13の光軸とのなす角度をγ、導光板13の射出面の法線と光線Pのなす角をβ、導光板13の屈折率をn、導光板13の射出面から照明領域までの距離をL、導光板13の入射面の厚さをa、導光板13の光軸方向の長さをCとしている。
図9(A)には、導光板13における移動方向に対応する方向(b方向)の+側の反射面で反射された光線Pの光路が示されている。この場合、光線Pは、1回反射して照明領域の中心に向かう。そして、導光板13における移動方向に対応する方向の+側の反射面で反射された光が照明領域を照明したとき、中心より+側は青色の色味となり、−側は黄色の色味となる(図9(B)参照)。
図10(A)には、導光板13における移動方向に対応する方向の−側の反射面で反射された光線Pの光路が示されている。この場合、光線Pは、1回反射して照明領域の中心に向かう。そして、導光板13における移動方向に対応する方向の−側の反射面で反射された光が照明領域を照明したとき、中心より+側は黄色の色味となり、−側は青色の色味となる(図10(B)参照)。
そこで、導光板13における移動方向に対応する方向の+側の反射面で反射された光と、導光板13における移動方向に対応する方向の−側の反射面で反射された光とが照明領域を照明したとき、照明領域は全体的に白色となる(図11参照)。
本実施形態では、一例として、γ=18°、n=1.4、L=10mm、a=10mm、C=15.21mmとしている。なお、実際には、導光板13からの光は原稿面に対して斜めに照射されることになるが、中央部が白色光になるから色ずれは生じない。
図5に戻り、反射ミラー14は、導光板13の−X側に配置され、導光板13から射出された光の一部を照明領域に向けて反射する。
以上説明したように、本実施形態に係る照明装置10によると、複数のLED素子11、基板12、導光板13及び反射ミラー14などを有している。そして、複数のLED素子11は、照明装置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。
この照明装置10は、基板12に実装されている複数のLED素子11、導光板13、及び反射ミラー14などを有している。
各LED素子11は、青色の光を射出するLEDチップ100、及び該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、導光板13は、反射面を有し、複数のLED素子11から射出された光線のうち平均色(白色)の光線が、該反射面で1回反射され、射出面から射出された後、照明領域の中央に到達するような形状とされている。
この場合は、照明領域における色ずれを抑制することができる。
そこで、読取装置1002は、照明装置10を備えているため、精度良く原稿の画像を読み取ることができる。そして、複合機2000は、読取装置1002を備えているため、その結果として高品質の画像を形成することができる。
なお、上記実施形態では、導光板13が平行平板の場合について説明したが、これに限定するものではなく、一例として図12に示される導光板13Aを用いても良い。
この導光板13Aは、入射面の厚さより射出面の厚さを大きくしたものである。この場合も、一例として図13(A)及び図13(B)に示されるように、光線Pが前記導光板13と同様に照明領域のほぼ中心に向かうようにすれば、色ずれは生じない。具体例として、γ=18°、n=1.4、L=10mm、a1=3mm、a2=4.5mm、C=8.17mmである。
また、上記実施形態において、前記導光板13に代えて、一例として図14に示される光反射部材13Bを用いても良い。この光反射部材13Bは、2枚のミラー(B1、B2)を有している。この場合も、一例として図15(A)及び図15(B)に示されるように、光線Pが前記導光板13と同様に照明領域のほぼ中心に向かうようにすれば、色ずれは生じない。
以上説明したように、本発明の照明装置によれば、色ずれを抑制するのに適している。また、本発明の画像読取装置によれば、精度良く画像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…照明装置、11…LED素子、12…基板、13…導光板(導光部材)、13A…導光板(導光部材)、13B…光反射部材(導光部材)、50…読み取りレンズ(読取光学系の一部)、60…CCD(撮像素子)、100…LEDチップ、102…蛍光体、103…パッケージ部材、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)、L1…第1の走行機構、L2…第2の走行機構、M1〜M3…反射ミラー(読取光学系の一部)。
特開2009−175320号公報 特開平4−168434号公報 特開2010−136348号公報

Claims (8)

  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装置であって、
    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、第1の色の光を発するLEDチップと該LEDチップからの光によって前記第1の色とは異なる第2の色の蛍光を発する蛍光体とをそれぞれが含む複数のLED素子と;
    前記複数のLED素子からの複数の光を前記対象物に向けて射出する導光部材と;を備え、
    前記複数のLED素子から射出され、前記対象物における照明領域の表面で前記第1の色と前記第2の色の平均色となる光線が、前記照明領域の中央に到達することを特徴とする照明装置。
  2. 前記導光部材は反射面を有し、前記照明領域の表面で前記平均色となる光線は、前記反射面で1回反射されて、前記導光部材から射出されることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 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1又は2に記載の照明装置。
  4. 前記導光部材は、その光軸と前記LED素子から射出された光線のうち前記平均色となる光線とのなす角度γ、前記導光部材の射出面の法線と該光線とのなす角β、前記導光部材の屈折率n、前記導光部材の射出面から照明領域までの距離L、前記導光部材の入射面の厚さa、前記導光部材の光軸方向の長さCを用いて、
    β=asin(n×sinγ)、及び、C=a/(2×tanγ)+(a/2−L×tanβ)/tanγ、の関係が満足されることを特徴とする請求項3に記載の照明装置。
  5. 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1又は2に記載の照明装置。
  6. 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1又は2に記載の照明装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の照明装置と;
    前記照明装置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;を備える画像読取装置。
  8. 請求項7に記載の画像読取装置と;
    該画像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。
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