JP2013172250A - 光照射装置、画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率を低下させることなく端部照度を上げることができるとともに、原稿面上の必要範囲内においてより高い照度を得ることができ、高速機への適用も実現できる光照射装置を提供する。
【解決手段】複数の点光源としてのLED４３は、LED基板５１に実装限界あるいはそれに近い配列ピッチで実装されている。LED４３の出射面と、導光板４０３の入射面４０３ａとの距離は、中央部から両端部側に向って短くなるように設定されている。これにより、端部側では、入射光量が増加する。
【選択図】図９

Description

本発明は、原稿面に光を照射する光照射装置、該光照射装置を有する画像読取装置、該画像読取装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

従来、イメージスキャナ等の画像読取装置では、コンタクトガラス上に位置して読取対象物となる原稿面（光を照射すべき領域、あるいは光照射面ともいう）に向けて光を出射する光源を有し、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集光手段としての結像レンズを介してＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）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の光源としては、蛍光灯やキセノンランプ等の棒状光源、あるいはＬＥＤ等の点光源が使用されている。
特にＬＥＤは、光源の立ち上がりスピードの高速化、長寿命、省エネルギー等の要望からキセノンランプの代用として採用されることが多くなっている。

光源としてLEDを用いる画像読取装置では、複数のLED(点光源)を直線状に配列し、主走査方向端部の照度低下を抑制するため、直線状に配列したLEDの取り付けピッチを中央部では疎にし、両端部では密に配列することにより、端部での照度低下を抑制し、集光手段のcos4乗則に従う照度減少を効果的に補正することは既に知られている。
しかしながら、今までのLEDの間隔を変化させることで主走査方向の照度分布を作り出す方法では、端部のLED実装間隔は実装限界以上に密にすることはできないため、読取装置の集光手段の画角とLED実装限界で、基板に実装できるLEDの数は決まってしまう。

特に短焦点の集光手段を用いる読取光学系の場合、画角が広くなるので、補正に必要な読取中心部と端部における照度差は大きくなる。
例えば、半画角が30°の場合、端部は中央部と比較し1.78倍の照度が要求される。この照度差をＬＥＤの間隔変化で補正する場合、ある主走査位置における原稿面の照度はその主走査位置でのLEDの間隔にほぼ反比例するため、端部のLED間隔と比較し中心部のLED間隔は1.78倍広く設定する必要がある。
このためLED基板に実装できるLEDの数は、実装限界で基板上に一様に並べた場合よりも減ってしまい、例えば高速機のような高い光量が要求される読取光学系に対応できなくなってしまうという問題があった。

特許文献１には、端部光量を増加させる目的で、導光体の出射面側に光を拡散させる拡散構造（凹凸構造）を設け、その密度を変えて中央部よりも端部で光量が多くなるような照度分布を作る構成が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、拡散構造が密となる中央部での透過率が下がる分、有効範囲に照射される光量も減ってしまうため、光利用効率が低くなり、より高い光量が要求される高速読み取り機種に対応するという問題は解消できていない。
すなわち、特許文献１の方式では、主走査方向中央部での透過率（光利用効率）を犠牲にして端部の光量を増加させるという技術思想に基づいているため、全体的な光量増加（高速機への対応）は望めない。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、光利用効率を低下させることなく端部照度を上げることができるとともに、原稿面上の必要範囲内においてより高い照度を得ることができ、高速機への適用も実現できる光照射装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の点光源と、前記点光源の出射面から出射された光の出射方向前方に位置づけられ、入射した光を案内して光を照射すべき領域に向って出射する透光性材料からなる導光体と、を備えた光照射装置において、前記導光体の入射面と前記複数の点光源との間の距離が、主走査方向における中央部よりも両端部側の方が前記導光体への入射光量が大きくなるように、あるいは入射効率が高くなるように設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、主走査方向における点光源の配列ピッチを実装限界としても端部の光量増加を実現することができ、高い照度が必要な高速読み取り機種への対応も可能であり、適用機種の拡大にも寄与することができる。

本発明の第１の実施形態に係る画像読取装置の概要側面図である。 同画像読取装置におけるキャリッジの駆動構成を示す図である。 光照射装置の構成を示す側面図である。 光照射装置の構成を示す斜視図である。 導光板とLEDの副走査方向における要部の距離関係を示す図で、（ａ）は左側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。 LEDの出射面と導光板の入射面との距離の変化による光の利用効率を示す図で、（ａ）は距離を短くした場合を示す図、（ｂ）は従来の距離の場合を示す図である。 従来のLED配列方式と本発明のLED配列方式における主走査方向の光量分布の違いを示すグラフである。 白を写した際のセンサ面での光量についての従来例との比較図である。 本実施形態に係るLEDの配列パターンを示す図である。 本実施形態に係る導光板の形状パターンを示す図である。 画像形成装置の概要構成図である。

以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１１に基づいて、本実施形態に係る画像形成装置の一例としてのカラー複写機の構成及び動作について説明する。
カラー複写機１０は、自動原稿搬送装置１１、給紙部１２、画像読取部（画像読取装置）１３および画像形成部（画像形成手段）１４等を備えている。
自動原稿搬送装置１１は、原稿トレイ１６に載置された原稿を給紙ローラや分離ローラ等の各種ローラからなる分離給紙手段１７によってコンタクトガラス１５上に搬送し、読み取りが終了した原稿を搬送ベルト１８によって透明部材としてのコンタクトガラス１５上から搬出した後、各種排紙ローラからなる排紙手段１９によって排紙トレイ２０に排紙する。

原稿の両面を読み取る場合には、排紙手段１９に設けられた分岐機構および搬送ベルト１８によって原稿をコンタクトガラス１５上に返送して未読取面の読み取りを行うようになっている。
給紙部１２は、異なるサイズの記録媒体としての記録紙を収納する給紙カセット２１ａ、２１ｂと、給紙カセット２１ａ、２１ｂに収納された記録紙を転写位置まで搬送する各種ローラからなる給紙手段２２とを備えている。
画像読取装置１３は、第１キャリッジ３５、第２キャリッジ３６を図１１中、左右方向（副走査方向）に駆動して光源により原稿面に光を照射して原稿面を読み取り、この読取光をミラーで反射した後、集光手段としてのレンズユニット３７によってＣＣＤ等の画像読取センサ（受光素子）に取り込むようになっている。

画像形成部１４は、レンズユニットに取り込まれた読取信号に基づいて書き込み信号を形成する露光装置２３と、露光装置２３によって生成された書き込み信号が表面に形成される複数の感光体ドラム２４と、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックとそれぞれ異なる色のトナーが充填され、各感光体ドラム２４に異なる色のトナーを供給して書き込み信号を可視像化させる現像装置２５と、感光体ドラム２４上に形成された可視像が重ねられて転写されることによりカラー画像が形成され、このカラー画像を給紙部１２から給紙された記録紙に転写する転写ベルト２６と、記録紙に定着されたカラー画像を記録紙に定着する定着装置２７とを備えている。

図１乃至図４に基づいて画像読取装置１３の構成を詳細に説明する。
本画像読取装置は、イメージスキャナに適用してもよく、イメージスキャナを有する複写機やファクシミリ装置、複写機能とファクシミリ機能等とを備えた複合機等の画像形成装置にも適用することができる。

図１は画像読取装置１３の各部品の位置関係を示す側面図である。図２は第２キャリッジ３６の駆動用の駆動ワイヤ３３と各プーリの関係を説明するための模式図であり、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は駆動ワイヤ３３の連結状態を上から見た状態を示す図である。
画像読取装置１３は、本体フレーム３１、駆動軸３２、駆動ワイヤ３３、ワイヤ駆動プーリ３４、第１キャリッジ３５、第２キャリッジ３６、レンズユニット３７、張力スプリング３９、キャリッジプーリ４０、アイドラプーリ４１、４２および撮像素子５７を備えている。

本体フレーム３１の内部には、図示しない第１レールと第２レールが設けられており、第１レールには走行体としての第１キャリッジ３５がスライド自在に取付けられている。第２レールには第２キャリッジ３６がスライド自在に取付けられている。
駆動軸３２は図示しないモータに連結されており、駆動軸３２の両端部にはワイヤ駆動プーリ３４が取付けられている。ワイヤ駆動プーリ３４には駆動ワイヤ３３が巻回されており、駆動ワイヤ３３は所定方向である図２中の左右方向に延在している。
駆動ワイヤ３３は第１キャリッジ３５の駆動用と第２キャリッジ３６の駆動用の２本が用いられるが、図２では第２キャリッジ３６の駆動用の駆動ワイヤ３３を図示している。

駆動ワイヤ３３およびアイドラプーリ４１、４２は本体フレーム３１の前後に１本ずつ設けられているが、いずれも同じ構成および機能を有するので、片側の駆動ワイヤ３３、アイドラプーリ４１、４２について説明をする。
本実施の形態では、駆動ワイヤ３３が２本、アイドラプーリ４１、４２が本体フレーム３１の四隅に４個設けられている。
第２キャリッジ３６にはキャリッジプーリ４０が設けられており、駆動ワイヤ３３はキャリッジプーリ４０やアイドラプーリ４１、４２を経由するようになっている。

図３及び図４に示すように、第１キャリッジ３５は、板金で平板状に形成されたベース４０７と、ベース４０７から垂直下方に延びる一対の側板４０７ｂとを備えている。
一対の側板４０７ｂの間には、第１ミラー４４ａが取付けられている。
なお、図２では、紙面厚み方向（主走査方向）に間隔をおいて一対設けられた側板のうち、一方の側板４０７ｂのみを示している。
ベース４０７には、保持部材としての受け台４０５がネジ（不図示）によって取付けられている。受け台４０５は放熱性の良好な板金からなり、ベース４０７に対する取付面を有する取付部と、ベース４０７と所定の角度をなすように折り曲げられた斜面部とを有する。

受け台４０５の斜面部には、副走査方向に段差が設けられ、上段４０５ｕとカバー４０６との間隔よりも、下段４０５ｄとカバー４０６との間隔が大きくなるようにしている。上段４０５ｕと下段４０５ｄとは略平行となっている。
受け台４０５の下段４０５ｄには、平板状の回路基板としてのＬＥＤ基板５１がネジ４０９によって取付けられている。ＬＥＤ基板５１には、点光源としての複数のＬＥＤ４３が主走査方向に直線状に配設されている。
ネジ４０９は、カバー４０６の取付部側（図３中の右側）に偏って配置され、ＬＥＤ基板５１の主走査方向の両端を固定している。

受け台４０５の上段４０５ｕには、導光体としての導光板４０３が位置決めされている。
導光板４０３は、透過率の高い樹脂等によって、主走査方向に扁平な略直方体として形成されている。導光板４０３と一体形成（型成形）された３つの位置決めピン４０４（凸部）が、位置決めピン４０４の位置に対応して形成された、受け台４０５の表裏を貫通する３つのピン穴（不図示）に挿入されている。
３つの位置決めピン４０４は、導光板４０３の下面の３箇所（長手方向の中央および両端）に形成されている。
複数のLED４３と、導光板４０３とにより、本実施形態の光照射装置が構成されている。

以下に、本実施形態に係る光照射装置における導光板４０３とLED４３との位置関係及びLED４３の主走査方向における配置形態を詳細に説明する。
図５は、主走査方向の一方の端部側における導光板４０３の入射面とLED４３との位置関係の一例を示す図である。
図５（ｂ）に示すように、端部側に位置する２つ（最端から中央部に向って２つ；反対側の端部において同じ）のLED４３ａは、導光板４０３の入射面４０３ａに対し、距離t1で配置され、両端部を除くその他のLED４３ｂは導光板４０３の入射面４０３ａに対し、距離t2（t1＜ｔ２）で配置されている。
このため、精度が要求される導光板403とLED43の隙間管理箇所は、Lの範囲（隙間t1の箇所）のみとなり、隙間管理において公差積み上げ範囲が限定される。
隙間管理範囲が狭いため、導光板403と両端部のLED４３とは小さな隙間で精度良く配置構成することが可能となり、より光利用効率が高い光照射装置を実現することができる。

主走査方向両端部において光利用効率を高くできる理由を以下に説明する。
図６はLED４３の出射面と導光板の入射面４０３ａとの距離の変化による光の利用効率を示す図である。
図６（ａ）は、導光板403とLED43aの隙間がt1の場合を示す図である。この場合、実際に導光板に入射する有効光角度はβとなる。
図６（ｂ）は、導光板403の入射面４０３ａとLED43bの出射面との隙間がt2の場合を示す図である。この場合、実際に導光板に入射する有効光角度はαとなる。
導光板403とLED43との隙間がt1＜t2であれば、有効光角度はβ＞αとなり、β−α分が入射光のロスとなる。したがって、LED43と導光板403は近づけるほど入射光量が増加し光利用効率（入射効率）が増加する。

上述のように、従来においては、主走査方向におけるLEDの配列ピッチを、中央部では疎にし、両端部では密に配列することにより、端部での照度低下を抑制していた。
この方式では、LED基板に実装できるLEDの数は、実装限界で基板上に一様に並べた場合よりも減ってしまい、光量増加が要求される高速機には対応できなかった。
これに対し、本発明では、LEDを実装限界で並べても、端部での照度低下を導光板４０３の入射面４０３ａとLEDとの距離変化によって克服しているので、実装限界またはこれに近いピッチで並べたことによる主走査方向全体に亘る光量増加を維持することができる。

図７は、従来の配列方式（中央部を疎、端部を密とする）と本発明の配列方式における主走査方向の光量分布の違いを示すグラフである。本発明の場合には、LEDは実装限界かそれに近いピッチで配置されている。
図７（ａ）に示す従来方式に比べ、本発明を実施した場合には、図７（ｂ）に示すように、集光手段のcos4乗則に従う照度減少を効果的に補正する光量特性を維持しながら主走査方向全体に亘って光量を増加させることができる。
本実施形態では、主走査方向端部側での光量増加を、LED４３の出射面と導光板４０３の入射面４０３ａとの距離が近付くことで説明したが、LED４３が光照射面としての原稿面に物理的に近付くことにより端部光量が増加する、と捉えることもできる。
すなわち、光源と原稿面との距離は短ければ短いほど光量ロスは少なくなるが、本実施形態に係る「補正を行いたい領域でのLED４３の副走査方向の位置ずれ配置」はこれに合致する。

図８は、白を写した際のセンサ面での光量を示す比較図である。
本発明を実施した場合、照明Md光量が上がることにより、センサ面光量が増加し、装置全体でより高い照度の照明装置が構成できる効果があることが確認できる。

図９は、本実施形態における端部光量を上げるための配置パターンを示す図である。なお、主走査方向におけるLED４３の配置間隔（ピッチ）は、実装限界あるいはそれに近いものとする。
図９（ａ）は、両端部における点光源（LED）の配置が、主走査方向に単数で、副走査方向に２列以上の段配列となっているパターンを示している。「副走査方向」は、LED４３の「光軸方向」と表現することもできる。
LED４３を１個単位でずらしているため、照射分布の補正に対し細かく対応できる。導光板は入射面が単一な平面形状とすることができるので、導光板の成型コストを低減できるメリットもある（以下のパターンにおいて同じ）。
図９（ｂ）は、両端部における点光源の配置が、主走査方向に単数で、副走査方向に１列の段配列となっているパターンを示している。
この場合、照射分布の補正に対し、端部付近のみの小さな範囲の補正に対応できる。
図９（ｃ）は、両端部における点光源の配置が、主走査方向に複数で、副走査方向へ２列以上の段配列となっているパターンを示している。
この場合、照射分布の補正に対し、照射範囲全体の分布状態に細かく対応できる。
図９（ｄ）は、両端部における点光源の配置が、主走査方向に複数で、副走査方向に１列の段配列となっているパターンを示している。
この場合、照射分布の補正に対し、端部付近のみの小さな範囲の補正に対応でき、かつ複数の点光源による補正効果は大きい。
図９（ｅ）は、点光源の導光体の入射面に対する距離が、中央部から両端部側に向かって段階的に短くなっているパターンを示している。すなわち、各LED４３は中央部を基準に両端部側に向かってずれ量が少しずつ多くなるように配置され、全体として弧状配置となっている。
この場合、主走査方向全体に亘って補正が滑らかとなり、全体範囲精度を高めることができる。

上記配置パターン例は、いずれも導光板４０３の形状を一定にしてLED４３の配置を変えるものであるが、本発明の趣旨はこれに限定されず、導光板４０３の形状を変化させることで、端部の光量を増加させることもできる。図１０にその例を示す。
図１０（ａ）は、導光体の入射面側の形状が、端部側においてLED４３に近付く１段もしくは複数段の段状に形成されているパターンを示している。
点光源は１列に配列されているので、点光源の配列における寸法管理を容易にすることができる。導光板は平面による段形状であるため、寸法管理が容易であり、成型時の制約を受けにくく低コストでの成型も可能となるメリットがある。
図９（ｅ）と同様に、滑らかな多数の段階形状としてもよい。
図１０（ｂ）は、導光板４０３の入射面側の形状が、端部側に向ってLED４３に徐々に近付くように弧状に形成されているパターンを示している。
本例においても、点光源は１列に配列されているので、点光源の配列における寸法管理を容易にすることができる。
導光板は曲面形状であるため、金型の作成に若干の制約が生じるが、入射光の回析による主走査方向照度分布のバラツキを防止できるメリットがある。

上記実施形態では、主走査方向におけるLEDの配列ピッチを実装限界又はそれに近い状態として従来技術との優位性を説明したが、従来技術が端部光量を増加させるために中央部のLED配列を疎にしなければならないことに鑑みると、従来技術におけるLEDピッチは実装限界から大きく外れていると言え、その外れた範囲全体において本発明は優位性を有していると言える。
また、実装限界で配列した場合でも、その光利用効率は減殺されることなくそのまま維持されるので、引用文献１の方式に対しても優位性を有することは明らかである。

１３ 画像読取装置
３７ 集光手段としてのレンズユニット
４３ 点光源としてのＬＥＤ
５７ 受光素子としてのＣＣＤ

特開２０１０−２１３０３９号公報

Claims (12)

1. 複数の点光源と、
   前記点光源の出射面から出射された光の出射方向前方に位置づけられ、入射した光を案内して光を照射すべき領域に向って出射する透光性材料からなる導光体と、
   を備えた光照射装置において、
   前記導光体の入射面と前記複数の点光源との間の距離が、主走査方向における中央部よりも両端部側の方が前記導光体への入射光量が大きくなるように、あるいは入射効率が高くなるように設定されていることを特徴とする光照射装置。
2. 請求項１に記載の光照射装置において、
   前記複数の点光源が、主走査方向における中央部よりも両端部側の方が前記導光体の入射面に近付くように配置されていることを特徴とする光照射装置。
3. 請求項２に記載の光照射装置において、
   両端部における前記点光源の配置が、主走査方向に単数で、副走査方向に２列以上の段配列となっていることを特徴とする光照射装置。
4. 請求項２記載の光照射装置において、
   両端部における前記点光源の配置が、主走査方向に単数で、副走査方向に１列の段配列となっていることを特徴とする光照射装置。
5. 請求項２に記載の光照射装置において、
   両端部における前記点光源の配置が、主走査方向に複数で、副走査方向へ２列以上の段配列となっていることを特徴とする光照射装置。
6. 請求項２に記載の光照射装置において、
   両端部における前記点光源の配置が、主走査方向に複数で、副走査方向に１列の段配列となっていることを特徴とする光照射装置。
7. 請求項２に記載の光照射装置において、
   前記点光源の前記導光体の入射面に対する距離が、中央部から両端部側に向かって段階的に短くなっていることを特徴とする光照射装置。
8. 請求項１に記載の光照射装置において、
   前記複数の点光源が、主走査方向における中央部よりも両端部側の方が前記導光体の入射面に近付くように、前記導光体の入射面側の形状が設定されていることを特徴とする光照射装置。
9. 請求項８に記載の光照射装置において、
   前記導光体の入射面側の形状が１段もしくは複数段の段状に形成されていることを特徴とする光照射装置。
10. 請求項８に記載の光照射装置において、
    前記導光体の入射面側の形状が弧状に形成されていることを特徴とする光照射装置。
11. 請求項1〜１０のいずれか１つに記載の光照射装置と、該光照射装置から出射した光線により照明された原稿からの反射光を集光する集光手段と、該集光手段にて集光した光線を受光する受光素子とを有することを特徴とする画像読取装置。
12. 請求項１１に記載の画像読取装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

Images