JP2012147143A - ライン照明光学系、及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ライン照明光学系、及び該ライン照明光学系を備えた画像読取装置を提供する。
【解決手段】 複数のＬＥＤ１１がアレイ状に配列されたＬＥＤ基板と、ＬＥＤ１１から出射される光を被照射部１４へ導く導光部材１２とからなる照明ユニット１０を２つ備え、
導光部材１２の出射面から被照射部１４までの光学的距離Ｌ１と、導光部材１２の長さＬ２とが、
１．５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．８
の関係を満たすとき、
一方の照明ユニット１０によるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極大値と、他方の照明ユニット１０によるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極小値とが、被照射部１４においてアレイ方向と直交する方向で重なるように、２つの照明ユニット１０を配置したことを特徴とするライン照明光学系。
【選択図】図４

Description

本発明は、ライン照明光学系、及び該ライン照明光学系を備えた画像読取装置に関する。

ライン照明光学系は、例えば、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の多数の発光素子を直線状に配設して発光素子アレイを形成した構造となっている。発光素子アレイのライン状の出射光を被照射部位に照射することになり、この被照射部位に配置された原稿などの読取画像をライン状に照明することができる。

このようなライン照明光学系を備えた画像読取装置としては、前記被照射部位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(Charge Coupled Device）等の受光素子の画像読取部に結像し、画像をライン状に読み取るものが知られている。

しかしながら、複数の点光源をアレイ方向（読取ライン方向）に直線状に配列する構成をとるライン照明光学系は、各点光源から出射された光を原稿の照射領域に直接照射すると、アレイ方向において照度分布のムラである照度リップル（極大極小の急峻な照度分布の変化）が生じ、読み取った画像データに応じて画像を形成した場合に照度リップルが原因となる画像濃度ムラが発生するという問題がある。

そこで、光源素子と被照射部（原稿等）との距離を十分長くして、光を十分に発散させて照度分布が均一になるようする方法が知られている。ところが、このように光源素子と被照射面との距離を長くすることにより、ライン照明光学系が大型化してしまうという問題や、ライン方向に垂直な方向に発散するも増加することにより光の利用効率が低下するという問題がある。これらの問題を解決するために、発光素子の数を増やして照度リップルの発生を抑制する方法も考えられるが、コストアップを招いてしまう。

これに対し、発光素子と被照射部との間に導光部材を配置し、該導光部材の形状や配置を選択することにより、照度ムラの発生を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、板状の導光部材によって、アレイ方向には照度ムラがなく、アレイ方向と直交する方向には２ｍｍ幅以上の照度平坦部を作ることができる構成や配置が提案されている。
しかしながら、導光部材の形状によっては、被照射部の原稿面上で照度リップルが発生してしまう特定の領域が存在するため、この領域を避けた設計が要求される。この設計上の制限がなくなれば、ライン照明光学系の設計の自由度が増すため好ましい。

よって、本発明の課題は、従来は照度むらが大きく、採用されることが無かったパラメータ範囲の条件下においても、照度リップルの発生を抑制可能であり、設計の自由度が向上したライン照明光学系、及び該ライン照明光学系を備えた画像読取装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係るライン照明光学系及び画像読取装置は、以下のとおりである。
〔１〕 複数のＬＥＤがアレイ状に配列されたＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤから出射される光を被照射部へ導く導光部材とからなる照明ユニットを２つ備え、
前記導光部材の出射面から前記被照射部までの光学的距離Ｌ１と、前記導光部材の長さＬ２とが、
１．５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．８
の関係を満たすとき、
一方の前記照明ユニットによるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極大値と、他方の前記照明ユニットによるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極小値とが、前記被照射部においてアレイ方向と直交する方向で重なるように、２つの前記照明ユニットを配置したことを特徴とするライン照明光学系である。
〔２〕 前記導光部材が、複数のミラーで構成されることを特徴とする前記〔１〕に記載のライン照明光学系である。
〔３〕 前記〔１〕または〔２〕に記載のライン照明光学系と、読取光学系とを備え、前記ライン照明光学系により照明された原稿の画像情報を読み取ることを特徴とする画像読取装置である。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、複数のＬＥＤがアレイ状に配列されたＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤから出射される光を被照射部へ導く導光部材とからなる照明ユニットを２つ備え、
前記導光部材の出射面から前記被照射部までの光学的距離Ｌ１と、前記導光部材の長さＬ２とが、
１．５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．８
の関係を満たすとき、
一方の前記照明ユニットによるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極大値と、他方の前記照明ユニットによるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極小値とが、前記被照射部においてアレイ方向と直交する方向で重なるように、２つの前記照明ユニットを配置したライン照明光学系であるため、従来は照度ムラの発生のために採用されることが無かったパラメータ範囲の条件下においても、照度リップルの発生を抑制可能であり、設計の自由度が高くなる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載のライン照明光学系において、前記導光部材が、複数のミラーで構成されるため、高効率の照明を実現することができる。
請求項３の発明によれば、請求項１または２に記載のライン照明光学系と、読取光学系とを備え、前記ライン照明光学系により照明された原稿の画像情報を読み取る画像読取装置であるため、照度リップルの発生が抑制され品質の高い画像読取が実現するとともに、装置の小型化が可能になる。

リップル度計算の説明に用いるライン照明光学系の概略構成図である。 リップル度計算の説明に用いる照度分布のグラフである。 導光部材のアスペクト比ごとに、照度リップルと被照射部までの距離との相関を示したグラフである。 本発明のライン照明光学系の照度リップル低減のしくみを説明する照度分布のグラフである。 本発明のライン照明光学系の照度リップル低減のしくみを説明する該略構成図である。 本発明のライン照明光学系の照度分布の一例を示すグラフである。 本発明のライン照明光学系の一実施態様を示す概略構成図である。 本発明のライン照明光学系の他の実施態様を示す概略構成図である。 本発明の画像読取装置の一実施態様を示す概念図である。

以下、本発明に係るライン照明光学系、及び画像読取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。

まず、照度リップルを規定する「リップル度」の計算と、本発明のライン照明光学系におけるパラメータの設定について説明する。
図１は、複数のＬＥＤ１１がアレイ状に配列されたＬＥＤ基板と、ＬＥＤ１１から出射される光をコンタクトガラス１３上の被照射部（以下、「原稿面」ともいう）１４へ導く導光部材１２とからなる照明ユニット１０を示したものである。なお、図１は、以下に示すパラメータとリップル度との相関の説明を容易にするために、ＬＥＤ１１と導光部材１２とを、原稿面１４に対して垂直に配置した態様を示している。
導光部材１２は、板状の導光部材であって（以下、「導光板」ともいう）、導光板の長さ（アレイ方向と直交する方向の断面において光の出射方向の長さ）Ｌ２と厚みｔからなるＬ２／ｔの値を導光板のアスペクト比という。また、導光部材１２の出射面から原稿面１４までの物理的な距離と導光部材１２の屈折率からなる値（物理的距離×屈折率）を光学的距離Ｌ１という。

図２は、導光板１２のアスペクト比（Ｌ２／ｔの値）が５、光学的距離Ｌ１を導光板１２の厚みで規格化した値（Ｌ１／ｔの値）が９．６の条件において照度分布を示したグラフである。
横軸は、アレイ方向と直交する方向の位置（副走査位置）を、導光板１２の厚みｔで規格化した数値である。この規格化された副走査位置の−５から＋５において、照度リップルが生じている。

照度リップルを数値化するために、以下のように照度の「リップル度」を定義する。
例えば、図２の照度分布のグラフに示した照度の極大値Ａと極小値Ｂとを用いた場合、照度のリップル度の値は（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）により求めることができる。

導光板１２のアスペクト比（Ｌ２／ｔ）と、光学的距離Ｌ１の規格値（Ｌ１／ｔ）をパラメータとしてグラフ化したものを図３に示す。照度のリップル度が大きい範囲は、従来のライン照明光学系の設計において設定されなかった条件に相当する。

導光板１２のアスペクト比（Ｌ２／ｔ）が大きくなるほど、光学的距離Ｌ１を大きくしたときの照度のリップル度の最大値が大きくなる。
すなわち、照度のリップル度は、導光板１２のアスペクト比が大きいほど、光学的距離Ｌ１の値が大きい領域において最大値となる。
図３のグラフから、概ね、光学的距離Ｌ１の規格値（Ｌ１／ｔ）が９．６以上の領域で照度リップルが顕著となっていることがわかる。

また、照度分布の極大値は、導光板１２中の反射回数に応じて表れる。したがって原稿面１４までの距離が短い場合、反射回数ごとの光が分離しきれずに照度リップルは比較的小さい。一方、原稿面１４までの距離が長い場合は、光束が広がることと低照度となることで照度リップルは目立ちにくくなる。
一般に、原稿面１４までの距離を短く設定できることが通常の基本である。ただし、本発明のライン照明光学系を画像読取装置（スキャナ装置）用の照明光学系として設計する場合、縮小光学系読取の場合は特に、ライン照明光学系と読取光学系の一部が搭載される走行体が確実に移動できるように、前記走行体と原稿面１４との距離をある程度確保する必要がある。逆に、原稿面１４までの距離が長すぎると、原稿面１４における照度自体が小さくなるため、光利用効率の低い照明光学系となってしまう。

本発明のライン照明光学系は、複数のＬＥＤ１１がアレイ状に配列されたＬＥＤ基板と、ＬＥＤ１１から出射される光を被照射部１４へ導く導光部材１２とからなる照明ユニット１０を２つ備え、導光部材１２の出射面から被照射部１４までの光学的距離Ｌ１と、導光部材１２の長さＬ２とが、１．５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．８の関係を満たす場合において、照度のリップル度を小さくする配置を規定したものである。
具体的には、１．５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．８の関係を満たすライン照明光学系において、一方の照明ユニット１０によるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極大値と、他方の照明ユニット１０によるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極小値とが、被照射部１４においてアレイ方向と直交する方向で重なるように、２つの照明ユニット１０を配置することにより、従来は照度のリップル度が大きいために選択されることがなかったパラメータ範囲の条件下においても、照度のリップルを低減することができるため、該パラメータ範囲を採用することができるようになり、設計の自由度が向上する。
上記、１．５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．８を満たすパラメータを下記表１に示す。

導光板１２のアスペクト比（Ｌ２／ｔ）と、光学的距離Ｌ１の規格値（Ｌ１／ｔ）とをパラメータとし、それぞれ上段は照度のリップル度を表し、下段はＬ１／Ｌ２の値を表す。
照度のリップル度が１０％を超えると、読取光学系への適用が困難となる。
表１から、リップル度が１０％を超えるＬ１／Ｌ２の値は、１．５〜４．８の範囲内であることがわかる。

図５に、本発明のライン照明光学系の一実施態様を示す。
導光板１２のアスペクト比（Ｌ２／ｔ）は４であり、ＬＥＤ１１及び導光板１２は、コンタクトガラス１３の法線方向に対する傾斜角が３０°であり、１．５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．８を満たす。

原稿面１４における照射領域のアレイ方向と直交する方向（以下、「副走査方向」ともいう）における中央位置と一方の導光板１２の出射面中央の副走査方向オフセットＰ１（導光板１２の厚みｔで規格化した値）を２．５としたときの照度分布は、図４のＡで示される分布となる。
原稿面１４における照射領域の副走査方向中央位置と他方の導光板１２の出射面中央の副走査方向のオフセットＰ２（導光板１２の厚みｔで規格化した値）は−２．５−０．５＝−３．０とすることで、図４のＢで示される分布が得られる。
図４中Ａ及びＢで示される片方のみの照明ユニットでは、照度のリップル度がそれぞれ２８％である。しかしながら、一方の照明ユニット１０による副走査方向の照度分布の極大値と、他方の照明ユニット１０による副走査方向の照度分布の極小値とが、被照射部１４において副走査方向で重なるように、２つの照明ユニット１０を配置することにより、図５に示すように、副走査位置が＋３．０から−２．５の領域のリップル度を７％に低減させることができる。

図７は、図５のライン照明光学系において、一方の照明ユニットの副走査方向のオフセットＰ１を４．０、他方の照明ユニットの副走査方向のオフセットＰ２を−４．０とした態様を示している。

図７の双方の照明ユニットからの対向照明による照度分布を図６に示す。図７の構成において、一方の照明ユニット１０による副走査方向の照度分布の極大値と、他方の照明ユニット１０による副走査方向の照度分布の極小値とが、被照射部１４において副走査方向で重なるように、２つの照明ユニット１０を配置することにより、図６に示すように、副走査位置が＋２．０から−２．０の領域のリップル度は６％に低減されている。

また、本発明のライン照明光学系は、導光部材を、複数のミラーで構成することができる。
例えば、図８に示すように、導光部材を２枚のミラー１５を副走査方向に平行に配置した態様とすることができる。この場合、ミラー１５の副走査方向の長さをＬ２として、上述のパラメータが設定される。
導光部材を複数のミラー１５で構成することにより、高い照明効率が得られる。

〔画像読取装置〕
図９に、本発明の画像読取装置の一例の模式図を示す。
本発明の画像読取装置は、本発明のライン照明光学系１０と、読取光学系とを備え、ライン照明光学系１０により照明された原稿２１の画像情報を読み取る。
具体的には、コンタクトガラス１３の下側に配置された本発明のライン照明光学系１０、折り返しミラー２２、読取レンズ２３、及びラインセンサ（ＣＣＤ）２４を有し、ライン状の照明で照射された原稿２１の反射光を、折り返しミラー２２及び読取レンズ２３を介し、ラインセンサ２４で読み取る。

本発明のライン照明光学系を搭載する装置としては、上述のような画像読取装置を搭載する複合機（コピー機）のみならず、検査装置の照明光学系、例えば、液晶表示装置（液晶テレビ）のガラス基板（マザーガラス）のごみ検出のためのライン照明などにも適用することができる。

１０ 照明ユニット
１１ ＬＥＤ
１２ 導光部材
１３ コンタクトガラス
１４ 被照射部（原稿面）
１５ ミラー

特開２００６−１７９５１号公報

Claims (3)

1. 複数のＬＥＤがアレイ状に配列されたＬＥＤ基板と、前記ＬＥＤから出射される光を被照射部へ導く導光部材とからなる照明ユニットを２つ備え、
   前記導光部材の出射面から前記被照射部までの光学的距離Ｌ１と、前記導光部材の長さＬ２とが、
   １．５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．８
   の関係を満たすとき、
   一方の前記照明ユニットによるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極大値と、他方の前記照明ユニットによるアレイ方向と直交する方向の照度分布の極小値とが、前記被照射部においてアレイ方向と直交する方向で重なるように、２つの前記照明ユニットを配置したことを特徴とするライン照明光学系。
2. 前記導光部材が、複数のミラーで構成されることを特徴とする請求項１に記載のライン照明光学系。
3. 請求項１または２に記載のライン照明光学系と、読取光学系とを備え、前記ライン照明光学系により照明された原稿の画像情報を読み取ることを特徴とする画像読取装置。