JP2015109540A

JP2015109540A - ライン状照明装置、および画像読取装置

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Publication number: JP2015109540A
Application number: JP2013250963A
Authority: JP
Inventors: 丈也杉田; Takeya Sugita; 藤原　正樹; Masaki Fujiwara; 正樹藤原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-06-11
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: JP6162590B2

Abstract

【課題】省スペース化を図りながらも、高照度、照明深度を確保し、照度ムラを抑制しつつ、高効率な放熱性を持つ特性を有するライン状照明装置、および画像読取装置を提供する。
【解決手段】複数のLEDが主走査方向に配列された光源と、副走査方向にのみ曲率を持つシリンドリカル面の凹面ミラーと、凹面ミラーと原稿面の間に拡散板を配置し、LEDから出射した光は、凹面ミラーにより拡散板近傍に略集光する。凹面ミラーによる集光は、拡散板の原稿面から離れた側に集光する。LEDのピッチpは、LEDから原稿までの光路長L、LEDの配光角θの関係において、

を満たす。
【選択図】図５

Description

本発明は、線状に照射するライン状照明、及び当該照明を組み込んだ画像読取装置に関するものである。

スキャナやファクシミリなどの画像読取装置では、ラインセンサを用いて線状に画像情報を順次読み取りつなぎ合わせることで画像を形成している。読み取り範囲に合わせて原稿を照射するライン状照明は、冷陰極管などの線上の光源や、LEDを用いた点光源などが用いられてきたが、近年のLEDの高効率化により消費電力の低減を図れること、低価格化が進み安価に製品を提供できることなどの理由によりLEDを用いた照明装置が増えてきた。
LEDを用いてライン状に照らす照明には、棒状の導光体を用いた方式と複数のLEDをアレイ状に配列した方式などがある。
前者は、LEDからの光を導光体に入射し、導光体の側面から光を射出し、原稿を照らす方式である。導光体には多々の提案がなされているが、概ね棒状の導光体の端部にLEDを配置する構造をとるため、長手方向（主走査方向）のコンパクト性に関しては、構造的に追求しにくい。一方、低コスト化を目指す際には、部品点数の少なさゆえに後者の方式よりも安価にしやすい特徴もある。
後者のアレイ方式は、導光体やレンズ、ミラーなどの光学素子で複数のLEDから出た光を任意に制御し、原稿面を照射している。設計の自由度が高いため、種々の課題に対し、様々な提案がなされている方式でもある。（特許文献１参照）。

特開平１０−３２２５２１号公報

本発明は、画像読取装置として、特にCISに期待される省スペース性を追及するために、ライン状光源としても、コンパクト性を追求することが主な課題となる。

第一に、主走査方向（長手方向）にコンパクトであること。

第二に、ライン状照明装置の体積がコンパクトであること。

第三に、ライン状照明装置と原稿面の距離を近くすること。

これらを同時に満たしつつも、照明として期待される要素を兼ね備えることが二次的な課題となる。高速な読取速度を実現するためには照明光量もある程度の明るさが必要になる。更にADFなどの読取装置で高速化を行うためには原稿の送り速度を上げるために、搬送路の幅を広げることも必要であり、そのためには照明深度も搬送路の幅以上に必要になる。

読み取った画像に濃淡が生じるのを抑制するために照度ムラの抑制も行う必要がある。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、省スペース化を図りながらも、高照度、照明深度を確保し、照度ムラを抑制しつつ、高効率な放熱性を持つ特性を有するライン状照明装置、および画像読取装置を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、本発明のライン状照明装置は、複数のLEDが主走査方向に配列された光源と、副走査方向にのみ曲率を持つシリンドリカル面の凹面ミラーと、当該凹面ミラーと原稿面の間に配置される拡散板と、を備え、前記LEDから出射した光は、前記凹面ミラーにより前記拡散板近傍で略集光し、前記拡散板の原稿面から離れた側に集光して、前記LEDのピッチをp、前記LEDから原稿までの光路長をL、前記LEDの配光角をθとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とする。

好適には、前記LEDが取り付けられる前記原稿面と略並行に配置されLED基板と、前記LED基板に取り付けられた放熱板と、を更に備え、前記LEDは前記原稿面から離れる側に光を照射し、前記放熱板は前記ライン状照明装置の外部に露出する。

また、本発明の画像読取装置は、上記に記載のライン状照明装置と、当該ライン状照明装置が照射する前記原稿面から反射された光を受光する受光素子と、前記ライン状照明装置と前記受光素子、もしくは原稿を副走査方向に駆動させる駆動部と、を備えることを特徴とする。

上記のように構成された本発明に係るライン状照明および画像読取装置によれば、省スペース化を図りながらも、高照度、照明深度を確保し、照度ムラ、輝線が抑制しつつ、高効率な放熱性を持つことが可能である。

画像読取装置の全体像図１のA-A断面図図１のB-B断面図 LEDピッチと照度、照度ムラの関係点光源と照度評価位置のなす角による照度値の関係を説明する図拡散板への集光位置の違いによる照度の比較をした図

以下、本発明を適用したライン状照明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は画像読取装置１００（CIS）の全体像を表した例であり、長手方向が主走査方向、短手方向が副走査方向になる。CISには副走査方向の中央部に撮像光学系２２があり、その副走査方向の両側にライン状照明装置１０が１セットずつ配置されている。

図２はそのA-A断面図であり、LED基板１１上の複数のLED１２を配列されている。主走査方向に沿ってLED１２は略均等ピッチで配置されるのが望ましいが、主走査端部でのピッチは主走査方向の照度分布の均一化のためにピッチ長を変えるほうが望ましい。
LED１２はコスト面では個数を削減するほうが望ましいが、LED１２のピッチは拡がることになる。アレイ中で同じLED１２を使うとした場合、LED１２のピッチが拡がると、照度が減少し、照度ムラも増加するため、許容限界以下に抑える必要がある。

LED１２の配光角θと原稿面２１までの距離（光路長）Lが決まると、そのLED１２の照射範囲Dが求められる。複数のLED１２からの光がこの照射範囲の重なり合う状態であれる程、照度ムラは少なくなる。

図４はLED１２を日亜製LSSW157（配光角120°）、光路長を18mmとして、LED１２のピッチを変えながら設計シミュレーションを行った結果である。照度ムラは、5%以下には抑えておく必要があるため、許容されるLED１２のピッチpは16mmとなる。よって、許容限界値は次式で表される。

ところで、原稿面２１の主走査方向の端部の照度は、照射されるLED１２が少ない照度が下がる傾向がある。そこで、固定枠の端部にミラー１３を設置し、主走査端部の光量を増やすことも望ましい。端部まで効率よく照明を利用できるため、ライン状照明装置１０の主走査幅を減少させることが可能になる。

図３は図１のB-B断面である。
撮像光学系２２の物体距離（原稿と第1レンズ第1面の距離）が短い場合、照明も近距離照射が求められる。構造上、撮像光学系２２を保持する筐体２３とカバーガラス２４の間のスリット状の隙間を通して光を照射する必要がある。こうした状態では、スリット状の隙間に拡散板１４を配置することが効率上、最も良い。スリット状の隙間の手前に拡散板１４を配置すると拡散された光はスリットを通れずにけられてしまい照明効率が低下する。一方、スリット状の隙間より原稿面２１側に拡散板１４を配置することは、拡散板１４自体が撮像光学系２２の画角に干渉してしまうため問題となるからである。

光の経路としては、LED１２からでた光は凹面ミラー１３に当たり反射する。凹面ミラー１３は副走査方向にのみ曲率をもつシリンドリカル面である。この面によりLED１２の持つ面積の影響により1点には集光しないが略集光される。略集光される位置は拡散板１４近傍が望ましい。上述の通り拡散板１４はスリット状の隙間に配置されるため、凹面ミラー１３に比べ相対的に光が通ることが可能な幅が小さいため、拡散板１４の位置で光束が最も細くなるように集光させることが効率よく光を利用するためは肝要となる。

更に凹面ミラー１３から略集光される位置は、拡散板１４の原稿面２１から離れた側に集光することが照明深度を得る上で望ましい。搬送される原稿は、ライン状照明装置１０に最も近い位置はカバーガラス２４の面と接触する位置で、カバーガラス２４と平行になる。すなわち原稿面２１の法線と入射する光線のなす角をθとし、光源Lと点Pの距離をp、光源Lの高さをh、光源Lの光度をI(θ)とするとき、原稿面２１の位置Pにおける法線照度E_n、水平面照度E_hはそれぞれ次式で表される。図５参照。

原稿面２１で反射した光を捉える撮像光学系２２にとっては、水平面照度E_hが明るさの指標となるため、角θが大きくなると原稿面２１の輝度が低下することになる。更に、搬送される原稿がライン状照明装置１０から最も離れた位置を通る場合は、角度θが増加することになるが、光度I(θ)がθによらず一定だとした場合、θが小さいほうがE_hの変化量も小さくなる。換言すると原稿面２１のライン状照明装置１０からの距離により水平面照度が変化しにくいことになる。

以上より、拡散板１４近傍で略集光される位置は、角θが小さくなる位置、換言すると原稿面２１から離れた側に集光することが望ましい。

図６では上述の内容を設計シミュレーションにより説明している。
原稿面２１から離れた側に集光している状態より、凹面ミラー１３の位置をLED１２に近づけ、かつ、外側（図中の左右方向）に移動し、凹面ミラー１３による集光位置を原稿面２１に近づけている。

照度分布のグラフで、FP-1mmとはカバーガラス２４の面の位置、FPはカバーガラス２４より図中の上側に1mm離れた位置、FP+1mmとはカバーガラス２４より図中の上側に2mm離れた位置を表している。
集光位置を原稿面２１に近づけることで、全体的な照度が減少し、FP+1mmよりもFP、FPよりもFP-1mmの照度が減少する傾向が分かる。

また、LED１２を取り付けるLED基板１１には放熱板１５が設置され、ライン状照明装置１０の上部で外気と接触していると放熱性が良い。図３に示すように原稿面２１と平行な面が主たる放熱作用を持つ形状の放熱板１５を配置した場合は、原稿の搬送路にあたるため、原稿の搬送中に放熱板１５から熱を奪う作用が働くため放熱性は良い。ただし、搬送中の紙が引っかからないように、カバーガラス２４とのつなぎ部においては、紙の搬送方向で僅かな段差やカバーガラス２４や放熱板１５の角にR面を施すなどの処置が有用である。

１０・・・・ライン状照明装置
１１・・・・LED基板
１２・・・・LED
１３・・・・ミラー
１４・・・・拡散板
１５・・・・放熱板
２１・・・・原稿面
２２・・・・撮像光学系
２３・・・・筐体
２４・・・・カバーガラス
１００・・・画像読取装置

Claims

複数のLEDが主走査方向に配列された光源と、副走査方向にのみ曲率を持つシリンドリカル面の凹面ミラーと、当該凹面ミラーと原稿面の間に配置される拡散板と、を備え、
前記LEDから出射した光は、前記凹面ミラーにより前記拡散板近傍で略集光し、前記拡散板の原稿面から離れた側に集光して、前記LEDのピッチをp、前記LEDから原稿までの光路長をL、前記LEDの配光角をθとしたときに、以下の条件式を満足することを特徴とするライン状照明装置。
請求項１に記載のライン状照明装置であって、
前記LEDが取り付けられる前記原稿面と略並行に配置されLED基板と、前記LED基板に取り付けられた放熱板と、を更に備え、
前記LEDは前記原稿面から離れる側に光を照射し、前記放熱板は前記ライン状照明装置の外部に露出することを特徴とする。
請求項１または２に記載のライン状照明装置と、当該ライン状照明装置が照射する前記原稿面から反射された光を受光する受光素子と、前記ライン状照明装置と前記受光素子、または原稿を副走査方向に駆動させる駆動部と、を備える画像読取装置。