JP2018037771A - 照明装置および画像読取装置、並びに照明装置に用いられる光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結像光学系を広画角化した場合にも周辺部の照明光量を上げることで周辺部の読取光量の低下を抑制することができる照明装置および画像読取装置、並びに照明装置に用いられる光源装置を提供する。【解決手段】照明装置で、第１の方向に長い基板と、該基板の第１の面において、前記第１の方向における第１の領域と該第１の領域の両側の第２及び第３の領域とに実装される第１の光源列と、前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面において、前記第２及び第３の領域に実装される第２の光源列と、前記第１及び第２の光源列から出射する光束の夫々が入射する第１及び第２の入射面を含み、前記光束を被照射面に導く導光体と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、画像読取装置に用いられる照明装置および光源装置に関する。

従来、照明装置によってライン状に照明された読取領域を結像光学系によりラインセンサなどの読取手段に結像することで、画像を読み取る線順次方式の画像読取装置が知られている。

また、画像読取装置における照明装置の光源としては、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤ）が知られている。具体的には、原稿面における読取ライン方向（以下、長手方向）に細長い被照明領域を照明するために、長手方向にＬＥＤを多数配列したＬＥＤアレイからの光を導光体で被照明領域に導光する構成が知られている。

また、画像読取装置における読取光学系（結像光学系）として、単一のレンズ系を用い読取対象の像をラインＣＣＤセンサーに縮小結像させる縮小光学系を用いることが知られている。

画像読取装置に縮小光学系を用いる場合、縮小光学系の画角に起因する周辺部（長手方向の端部）の読取光量の低下が起こり、そのままでは多くの場合、読取画像の端部が暗くなってしまう現象が生じ、何らかの補正を行なっている。具体的な補正として、ＬＥＤを長手方向に配列した照明装置を用い、周辺部に行くに従い、ＬＥＤの配列間隔を狭くしていくことで周辺部（長手方向の端部）の照明光量を上げる技術が知られている（特許文献１）。

特開２０１３−７４６００号公報

ここで、画像読取装置における読取光学系（結像光学系）の画角を更に大きく（広画角化）した場合、周辺部（長手方向の端部）の読取光量の更なる低下が生じる。しかしながら、それに応じて周辺部の照明光量を上げるべく、光源の配列間隔を更に小さくしようとしても、光源同士が物理的に接触してしまう可能性がある。その場合、配列間隔を十分に小さくすることができず、周辺部の読取光量の低下を十分に抑制することができないこととなる。

本発明の目的は、結像光学系を広画角化した場合にも周辺部の照明光量を上げることで周辺部の読取光量の低下を抑制することができる照明装置および画像読取装置、並びに照明装置に用いられる光源装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、第１の方向に長い基板と、該基板の第１の面において、前記第１の方向における第１の領域と該第１の領域の両側の第２及び第３の領域とに実装される第１の光源列と、前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面において、前記第２及び第３の領域に実装される第２の光源列と、前記第１及び第２の光源列から出射する光束の夫々が入射する第１及び第２の入射面を含み、前記光束を被照射面に導く導光体と、を有することを特徴とする照明装置。

また、本発明に係る画像読取装置は、上記照明装置を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光源装置は、第１の方向に長い領域を照明する照明装置に用いられる光源装置であって、前記第１の方向に長い基板と、該基板の第１の面において、前記第１の方向における第１の領域と該第１の領域の両側の第２及び第３の領域とに実装される第１の光源列と、前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面において、前記第２及び第３の領域に実装される第２の光源列と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る導光体は、第１の方向に長い領域を照明する照明装置として、第１の方向に長い基板と、該基板の第１の面において、前記第１の方向における第１の領域と該第１の領域の両側の第２及び第３の領域とに実装される第１の光源列と、前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面において、前記第２及び第３の領域に実装される第２の光源列と、を有する照明装置に用いられる導光体であって、前記第１及び第２の光源列から出射する光束の夫々が入射する第１及び第２の入射面と、該第１及び第２の入射面にそれぞれ接続し、前記基板の第１及び第２の面の少なくとも一方と接する第１及び第２の側面と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、結像光学系を広画角化した場合にも周辺部の照明光量を上げることで周辺部の読取光量の低下を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置を用いた画像読取装置を説明する図である。 第１の実施形態に係る照明装置を説明する図である。 第１の実施形態に係る照明装置の要部斜視図である。 第１の実施形態に係る照明装置における照明光路を説明する図である。 縮小結像系による光量減少と、それを補う理想照明光量を説明する図である。 第１の実施形態に係る照明装置を用いた場合の照明光量を説明する図である。 第２の実施形態に係る照明装置を用いた画像読取装置を説明する図である。 第２の実施形態に係る照明装置の要部斜視図である。 第２の実施形態に係る照明装置における照明光路を説明する図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

《第１の実施形態》
（画像読取装置）
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る照明装置を用いた画像読取装置について説明する。本実施形態の画像読取装置は、画像を読み取るための各種光学部品を格納したキャリッジ１００、読取対象の原稿１０７を載置する原稿台ガラス１０６を含んで構成される。紙面垂直方向（第１の方向）に長い読取領域を、キャリッジ１００が図中の移動方向に移動しながら読み取ることで、原稿１０７の２次元画像の読取りを行っている。

ここで、本実施形態の画像読取について、光学的な構成を図１を用いて以下に説明する。１０２は白色発光ダイオード（以下ＬＥＤ）であり、紙面垂直方向に、所定の間隔で複数配列されている。ＬＥＤから出射した光は、紙面垂直方向に長尺な導光体１０１に入射する。入射した光線は導光体１０１から出射するが、光線の一部は原稿台ガラス１０６を透過して原稿１０７に向かい、被照射面に設けられる原稿１０７を照明する。

照明された原稿１０７は、結像部である結像レンズ系１０９、受光部であるラインセンサ１１０によって紙面垂直方向に長い読取領域が線順次に読み取られていく。そして、途中の光路はキャリッジ１００内の折り返しミラー１０８ａ〜１０８ｅで折り返されている。そして、読み取られた原稿の画像情報は不図示のインターフェースを通じてパーソナルコンピュータやプリンタなどに送られ、データとして処理されたりモニタや紙に出力されたりする。

（光源装置および導光体を備える照明装置）
続いて、図２以下を用いて本実施形態の画像読取装置における照明装置を説明する。本実施形態の照明装置は、光源装置および導光体を備える。そして、本実施形態の光源装置は、基板と基板に実装される光源を備える。

図２は、本実施形態における照明装置の斜視図である。第１の光源列としてのＬＥＤ１０２ａは、基板１０３の上面（表面、第１の面）において第１の方向（基板１０３の長手方向における第１の領域、および第１の領域の両側（該第１の領域を挟んでそれぞれ端部側（端部に近い側）の第２の領域および第３の領域）に実装される。このとき、第１の領域における第１の方向の配列間隔に対し、第２及び第３の領域における第１の方向の配列間隔が小さいように設けられている。

一方、第２の光源列としてのＬＥＤ１０２ｂは、基板１０３の上面と反対側の下面（裏面、第２の面）において上記第２の領域の領域内および上記第３の領域の領域内にそれぞれ実装される。ＬＥＤ１０２ｂは、上記第２の領域の領域内および上記第３の領域の領域内にそれぞれ１個以上、好ましくは２個以上設けられる。そして、第２及び第３の領域において、ＬＥＤ１０２ａのそれぞれの中心位置に対し、ＬＥＤ１０２ｂのそれぞれの中心位置は、第１の方向にずれている。

ここで、ＬＥＤ１０２ａ、ＬＥＤ１０２ｂがそれぞれ上面、下面に実装された基板１０３は、導光体１０１に対し図２に示す矢印方向に挿入される。そして、導光体１０１に切り欠きを設けることにより形成された基板保持部（保持部）１０１ｃによって基板１０３が挟み込まれる（挟持される）ことで基板１０３と導光体１０１が固定（一体化）される。より具体的には、嵌合により基板１０３の第１及び第２の面が、もしくは接着により基板の１０３の第１及び第２の一方の面が導光体１０１と接するようにして基板１０３と導光体１０１が固定される。

すなわち、導光体１０１は、第１及び第２の光源列から出射する光束の夫々が入射する第１及び第２の入射面と、第１及び第２の入射面にそれぞれ接続する側面を備え、該側面の少なくとも一方が、基板１０３の第１及び第２の面の少なくとも一方と接している。第１及び第２の入射面については、後に詳述する。

このようにして、固定された基板１０３と導光体１０１は、図３のように位置し、基板１０３の下面に実装されたＬＥＤ１０２ｂは導光体１０１の対応する入射面（後述する第２及び第３の入射面）に当接するように配置される。

図４は、本実施形態の画像読取装置における照明装置に関し、光源であるＬＥＤを含み第１の方向と直交する断面における断面図である。図４（ａ）は基板保持部１０１ｃを含む部位の断面、図４ｂは基板保持部１０１ｃを含まない部位の断面である。

基板保持部１０１ｃは，図２に示すように、第１の方向の両端部（第２及び第３の領域）に第１及び第２の基板保持部としてそれぞれ１箇所ずつ、第１の方向の中央部（第１の領域）に第３の基板保持部として１箇所、の計３箇所設けられる。このように、ＬＥＤ１０２ａ、１０２ｂが実装された基板１０３を挟み込むことで、各ＬＥＤの相対的な位置ずれが生じにくくなる。

図４（ａ）において、基板１０３の上面に実装されたＬＥＤ１０２ａから発した光線は、導光体１０１の入射面（第１の入射面）１０１ａに入射し、導光体１０１の一部を伝播しつつ、傾斜面である反射部１０１ｄへ向かう。そして、反射部１０１ｄで反射された光線は、導光体１０１の出射面１０１ｅから出射し、読取対象を含む照明領域へと向かう。

また、基板１０３の下面に実装されたＬＥＤ１０２ｂから発した光線は、導光体１０１の保持部１０１ｃ中を伝搬して、少なくともその一部は反射部１０１ｄへ向かう。反射部１０１ｄで反射された光線は、ＬＥＤ１０２ａからの光線と同様に導光体１０１の出射面１０１ｅから出射し、読取対象を含む照明領域へと向かう。

ここで、本実施形態のように、導光体１０１の基板保持部１０１ｃから光線を入射させた効果について説明する。図５は、本実施形態の画像読取装置における縮小結像系の透過率（実線）と、それを保障する理想的な照明光量（破線）について示した図である。透過光量の減少は、主に結像レンズ系１０９の画角に依存するもので、光路を折りたたみ、画像読取装置を小型化するために設置するミラーの角度反射率特性が要因となっている。

照明装置は、上記の光量減少を補うような照明光量（破線）分布を持たせる必要があり、たとえば本実施形態では中央部に比べ、Ａ３用紙における縦の端部にあたる、約１５０ｍｍの位置では約１．６倍の照明光量を必要とする。

本実施形態では、読取装置に縮小光学系を採用し、読取光学系の周辺光量低下を照明装置の明るさ分布で補うために、第１の方向の端部に行くに従い、高密度にＬＥＤを備えている。しかしながら、装置のサイズ制約からＬＥＤを実装する基板の大きさは制限され、第１の方向の端部に十分な数のＬＥＤを実装できなかったり、実装に必要な基板上の配線の要求から、ＬＥＤ同士の間隔も制限されるため、一定以上間隔を縮めることができない。

そこで、本実施形態では、特に高密度な実装が必要となる第１の方向の端部において、基板と導光体を固定する保持部１０１ｃに、基板１０３の下面（裏面）に実装したＬＥＤ１０２ｂを対向させることで、光量の増大を図っている。ここで、保持部１０１ｃはＬＥＤ１０２ｂからの光束が入射する第２及び第３の入射面を備える。

図６に、比較例として上面のみにＬＥＤを実装した従来の読み取り領域における照明光量分布と、本実施形態の照明装置による分布を示す。上面にのみＬＥＤを実装した場合、両端側（第２及び第３の領域）に対応する１５０ｍｍ付近の照明光量は、第１の方向の中央部（第１の領域に対応する照明光量）に対して１．５倍以上、好ましくは約１．６倍必要である。比較例では、１．４倍程度と、約１４％不足し、この分は電子的に画像を補正し補うことになる。これに対し、本実施形態では、ほぼ１．６倍と、電子的な補正によって画像を明るくする必要がない程度に照明光量が得られていることが分かる。

以上、本実施形態の照明装置は同じ照明系の第１の方向の長さであるにもかかわらず、第１の方向の端部での光量を増大でき、端部の画像として電子的な補正によらずよりノイズの少ない画像が得られる。

《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態による画像読取装置について説明する。図７は、本実施形態の画像読取装置における照明装置について、第１の方向に直交する、光源を含む任意の断面を示したものである。７０２ａは白色発光ダイオード（以下ＬＥＤ）であり、紙面垂直方向にあたる第１の方向に、所定の間隔で複数配列されている。また、７０２ｂは白色発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、紙面垂直方向にあたる第１の方向の両端部に配列されている。

第１の実施形態では、基板の上面に実装される光源に対する導光体の第１の入射面と、基板の下面の両端側に実装される光源に対する第２及び第３の入射面は、第１及び第２の切欠き部の奥行方向（第１の方向に直交する方向）にずれていないものであった。これに対し、本実施形態では、第１の入射面に対し第２及び第３の入射面が第１及び第２の切欠き部の奥行方向にずれている形態としている。

ＬＥＤ７０２ａ、７０２ｂから出射した光は紙面垂直方向である第１の方向に長尺な導光体７０１に入射する。入射した光線は導光体７０１から出射するが、光線の一部は原稿台ガラス７０６を透過して原稿７０７に向かい、原稿７０７を照明する。その他、画像読取装置の構成としては第１の実施形態と同様の構成であるため、説明を割愛する。

ここで、本実施形態の照明装置について、図８以降を用いてより詳細に説明する。図８は、本実施形態における照明装置の要部斜視図である。ＬＥＤ７０２ａ、ＬＥＤ７０２ｂがそれぞれ上面（表面）、下面（裏面）に実装された基板７０３は、導光体７０１に対し図３と同様に挿入され、導光体７０１における保持部７０１ｃによって基板７０３が挟み込まれる。これにより、基板７０３と導光体７０１が固定される。

図９は、本実施形態の画像読取装置における照明装置に関し、光源であるＬＥＤを含み第１の方向と直交する断面における断面図である。図９（ａ）は基板保持部７０１ｃを含む部位の断面、図９（ｂ）は基板保持部７０１ｃを含まない部位の断面である。基板保持部７０１ｃは、第１の方向の中央部に１箇所、第１の方向の両端部に１箇所ずつの計３箇所設けられ、ＬＥＤ７０２ａ、１０２ｂが実装された基板７０３を挟み込むことで、各ＬＥＤの相対的な位置ずれが生じにくくなる。

図９（ａ）において、基板７０３の上面に実装されたＬＥＤ７０２ａから発した光線は、導光体７０１の入射面７０１ａに入射し、導光体７０１の一部を伝播しつつ、その大部分が反射部７０１ｄへ向かう。反射部７０１ｄで反射された光線は、導光体７０１の出射面７０１ｅから出射し、読取対象を含む照明領域へと向かう。

また、基板７０３の下面（裏面）に実装されたＬＥＤ７０２ｂから発した光線は、導光体７０１の保持部７０１ｃ中を伝搬して、少なくともその一部は反射部７０１ｄへ向かう。そして、反射部７０１ｄで反射された光線について、特に強度が大きい、ＬＥＤ出射面の法線方向を含む光線群は反射部７０１ｄで反射した後、さらに対向する反射部７０１ａにて反射され、再び反射部７０１ｄへ向かう。そして、上面に実装されたＬＥＤ７０２ａからの光線と、本断面内で略平行な光束となって導光体の出射面７０１ｅから出射し、読み取り対象を含む照明領域へと向かう。

本実施形態のような構成を採ることでも、照明装置を大型化することなく、第１の方向の端部における実質的なＬＥＤ実装密度を高めることができる。すなわち、図６のように第１の方向の端部の光量を増加させ、読み取り系の透過率低下を補償する理想的な光量分布に近づけることができる。

（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態において、基板の第１の面において第１の領域と、第１の領域の両側（第２および第３の領域）に実装される第１の光源列から出射する光束が導光体の第１の入射面に入射する。一方、基板の第２の面において第２及び第３の領域に実装される第２の光源列から出射する光束が導光体の第２および第３の入射面に入射するものとした。しかし、一体化により第２及び第３の入射面をまとめて第２の入射面としても良い。すなわち、第２及び第３の入射面は、第２及び第３の領域の夫々に対応して離間していても一体化していてもよい。

（変形例２）
上述した実施形態において、導光体は、第２の領域の領域内および第３の領域の領域内、更に第１の領域の領域内で、基板を第１の方向に直交する方向に挟持する第１乃至第３の基板保持部１０１ｃを有するものであったが、本発明はこれに限られない。第１の方向に沿った切欠き部を更に設けても良いし、第２の領域の領域内および第３の領域の領域内の２箇所のみの基板保持部１０１ｃとしても良い。

１０１・・導光体、１０２ａ・・上面に実装されるＬＥＤ、１０２ｂ・・下面に実装されるＬＥＤ、１０３・・ＬＥＤ基板

Claims (15)

1. 第１の方向に長い基板と、
   該基板の第１の面において、前記第１の方向における第１の領域と該第１の領域の両側の第２及び第３の領域とに実装される第１の光源列と、
   前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面において、前記第２及び第３の領域に実装される第２の光源列と、
   前記第１及び第２の光源列から出射する光束の夫々が入射する第１及び第２の入射面を含み、前記光束を被照射面に導く導光体と、
   を有することを特徴とする照明装置。
2. 前記導光体は、前記第１及び第２の入射面の夫々に接続される第１及び第２の側面を有し、前記第１及び第２の側面の少なくとも一方は、前記基板の第１又は第２の面に接していることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第２の入射面は、前記第２及び第３の領域の夫々に対応する、前記第１の方向において互いに離間した２つの面で構成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. 前記第１の光源列は、前記第１の領域における前記第１の方向の配列間隔に対し、前記第２及び第３の領域における前記第１の方向の配列間隔が小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記導光体は、前記第２及び第３の領域で前記基板を前記第１の方向に直交する方向に挟持する第１及び第２の基板保持部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記導光体は、更に前記第１の領域の領域内で前記基板を前記第１の方向に直交する方向に挟持する第３の基板保持部を有することを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記第２及び第３の領域において、前記第１の光源列のそれぞれの中心位置に対し、前記第２の光源列のそれぞれの中心位置は、前記第１の方向にずれていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 前記第２の入射面は、前記第１の入射面に対し前記第１の方向に直交する方向にずれていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 前記導光体は、前記第１の方向に直交する断面において前記第１及び第２の入射面から入射した前記第１及び第２の光源列からの光束を前記第１の方向に長い領域に導くための傾斜面を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明装置。
10. 前記被照射面において、前記第２及び第３の領域に対応する照明光量は、前記第１の領域に対応する照明光量の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明装置と、該照明装置で照明された被照射面からの光束を受光する受光部と、前記被照射面からの光束を前記受光部に導く結像部と、を備えることを特徴とする画像読取装置。
12. 前記結像部は縮小光学系であることを特徴とする請求項１１に記載の画像読取装置。
13. 第１の方向に長い基板と、
    該基板の第１の面において、前記第１の方向における第１の領域と該第１の領域の両側の第２及び第３の領域とに実装される第１の光源列と、
    前記基板の前記第１の面とは反対側の第２の面において、前記第２及び第３の領域に実装される第２の光源列と、
    を有することを特徴とする光源装置。
14. 請求項１３に記載の光源装置からの光束を被照射面に導く導光体であって、
    前記第１及び第２の光源列から出射する光束の夫々が入射する第１及び第２の入射面と、
    該第１及び第２の入射面の夫々に接続される第１及び第２の側面と、を有し、
    前記第１及び第２の側面の少なくとも一方は、前記基板の第１又は第２の面に接していることを特徴とする導光体。
15. 前記第２の入射面は、前記第２及び第３の領域の夫々に対応する、前記第１の方向において互いに離間した２つの面で構成されることを特徴とする請求項１４に記載の導光体。