JP4928598B2 - ライン状照明装置、及び、画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、イメージスキャナー、あるいはファクシミリ等の画像読取装置で使用されるライン状照明装置に係り、特に原稿の読取面を照射してその反射光を読み取るイメージセンサユニットに用いられるライン状照明装置、及び、画像読取装置に関するものである。

従来、複写機、スキャナー、ファクシミリ等に利用される縮小光学系に用いられる画像読取装置には、照明装置としてＬＥＤを用いたライン状照明装置がある。
これは、長手方向に延びた棒状の導光体の長手方向の一端面を入光面とし、その入光面の近傍に入光面に沿ってＬＥＤ等からなる光源を複数配置することで、光源から発せられた照射光が導光体を通して導光体の長手方向に沿って設けられた出射面から原稿の照射点へ照射される構造である。

また、特許文献１記載の画像読取装置において、基板４００上に複数個配置されたＬＥＤ光源４０１と、このＬＥＤ光源４０１に一体に構成された集光レンズ（導光体）４０２により、ＬＥＤ基板４００の法線方向に対して傾斜させた方向に照射する提案がなされている。（図１４参照）
この構成により、ＬＥＤ４０１から発せられた照射光は、図示しない原稿の照射点に向かって斜め上方へ照射される。照射光は原稿によって反射され、この反射光（読取画像）が複数の反射ミラー４０２により光路の向きを変えられ、結像レンズ４０３を介してラインセンサ４０４に導かれ読取を行うものである。

ところで、このライン状照明装置は、原稿の照射点に対し、２方向から照射する必要があることから照明装置が２組となり、部品点数が増えコストが増大する問題があった。また、組み立て作業が複雑となるため工数が増大するという問題があった。

この問題を解決するため、特許文献２記載の画像読取装置が提案されている。
即ち、基板５００上に複数個配置されたＬＥＤ光源５０１と、このＬＥＤ光源５０１から発せられた照射光を原稿の照射点に照射する導光体５０２と、導光体５０２の射出面５０３に対向した反射面５０４を有する反射体５０５（反射鏡）とを備えた構成である。（図１５参照）

特開２００４−１７０８５８号公報 特開２００７−５８６０号公報

しかしながら、特許文献２に記載の構成は、ＬＥＤ光源５０１の照射面が基板５００の実装面に対して平行に配置されているため、原稿の照射点に向かって斜め上方へ照射する必要があった。このため、基板５００を斜めに固定するなどしてＬＥＤ光源５０１の照射面を斜め上方へ向ける必要があり、組み立て時に調整等の工数が増しコスト増となる問題があった。
また、導光体５０２の射出面５０３から浅い角度で発せられた照射光をフレア成分として除去するため、原稿の照射点に対し照射される照射光が減少し、ＬＥＤ光源５０１からの照射光の利用効率が低下する問題があった。
さらには、反射面５０４の反射率・形状等に応じて、直接光と間接光（反射体５０５による反射光）の割合を変更するには導光体５０２の形状を大幅に変更する必要があった。

本発明はかかる実情に鑑みなされたものであり、光源からの照射光の利用効率を向上させたライン状照明装置、及び、画像読取装置を提供することを目的とする。

請求項１記載のライン状照明装置は、基板と、前記基板上に直線状に配置された複数の光源と、反射鏡と、直線状に配置された複数の前記光源に沿って配置された導光体であって、前記光源からの光が入光する、前記光源の照射面に対して平行に設けられた第１の平面部と、前記第１の平面部に対して傾いて設けられた第２の平面部と、を有する入光面と、前記第１の平面部に対して傾いて設けられた反射面と、を有し、前記第１の平面部を透過した光の一部である第１の光束を前記反射鏡に向けて出射し、前記第２の平面部を透過した光と、前記第１の平面部を透過して前記反射面で反射した光とを合わせた第２の光束を原稿に向けて出射する出射面と、を有する前記導光体と、を有し、前記光源を前記基板上に配置した状態において、前記反射面と前記出射面との交線は、前記第１の平面部と前記第２の平面部との交線よりも低くし、かつ、前記反射鏡は前記第１の光束を前記第２の光束と交差する方向に向けて反射するように構成していることを特徴とする。

請求項３記載の画像読取装置は、原稿からの反射光を読み取る画像読取装置であって、基板と、前記基板上に直線状に配置された複数の光源と、反射鏡と、直線状に配置された複数の前記光源に沿って配置された導光体であって、前記光源からの光が入光する、前記光源の照射面に対して平行に設けられた第１の平面部と、前記第１の平面部に対して傾いて設けられた第２の平面部と、を有する入光面と、前記第１の平面部に対して傾いて設けられた反射面と、を有し、前記第１の平面部を透過した光の一部である第１の光束を前記反射鏡に向けて出射し、前記第２の平面部を透過した光と、前記第１の平面部を透過して前記反射面で反射した光とを合わせた第２の光束を原稿に向けて出射する出射面と、を有する前記導光体と、を有し、前記光源を前記基板上に配置した状態において、前記反射面と前記出射面との交線は、前記第１の平面部と前記第２の平面部との交線よりも低くし、かつ、前記反射鏡は前記第１の光束を前記第２の光束と交差する方向に向けて反射するように構成しているライン状照明装置と、前記ライン状照明装置からの光を受光素子上に結像する結像レンズと、前記受光素子によって受光した反射光を信号に変換して画像信号として出力する画像読取部と、を備えたことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、光源からの照射光の利用効率を向上できる。

図１は、本発明を適用できる複写機の構造を示す図である。 図２は、複写機の読取部の構造を示す図である。 図３は、光源ユニット３５の構造を示す斜視図である。 図４は、光源ユニット３５の構造を示す断面図である。 図５は、基板１の構造を示す上面図である。 図６は、本発明を適用できる光源ユニット３５からの照射光の状態を示す図である。 図７は、「Δｄ」と直接光・間接光の割合の関係を示す図である。 図８は、本発明を適用できる導光体３において、ＬＥＤ２_ｋからの照射光の状態を示す図である。 図９は、比較の一例としての導光体３において、ＬＥＤ２_ｋからの照射光の状態を示す図である。 図１０は、本発明を適用できる光源ユニット３５の配光特性を示す図である。 図１１は、比較の一例としての１方向のみに光を照射する光源ユニット３５の配光特性を示す図である。 図１２は、本発明を適用できる光源ユニット３５の原稿３４の照射点の位置における、副走査方向の照度分布を示す図である。 図１３は、反射鏡１２の有無による原稿３４の照射点の位置における高さ方向の位置の変化「Δl」に対する照度分布の比較例を示す図である。 図１４は、従来の画像読取装置の一例を示す図である。 図１５は、従来の他の画像読取装置の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、画像読取装置が組み込まれた複写機の例を図面を用いて説明する。

図１は、本発明を適用できる複写機の構造を示す図であり、図２は、複写機の画像読取部の構造を示す図である。図１、及び、図２において、２１は複写機本体であり、画像読取部３０と画像形成部４０とを備えている。画像読取部３０はいわゆるイメージスキャナーの機能を有するものであり、以下のように構成される。

即ち、プラテンガラス３１と、プラテンカバー３２と、キャリッジ３３とを備える。
プラテンカバー３２はプラテンガラス３１を覆うように設けられており、外光を遮断してプラテンガラス３１上の原稿３４の読取を容易にする。キャリッジ３３は縮小光学系の画像読取装置であり、光源ユニット３５と複数の反射ミラー３６、結像レンズ３７と、ラインセンサ３８とを備えるものである。

この構成により、光源ユニット３５から発せられた照射光は原稿３４の表面に照射される。照射光は原稿３４によって反射され、この反射光（読取画像）が複数の反射ミラー３６により光路の向きを変えられ、結像レンズ３７を介してラインセンサ３８に導かれる。

キャリッジ３３は走査時において副走査方向に移動し、原稿３４を照射しながら原稿３４全面を走査する。結像レンズ３７は複数の反射ミラー３６とラインセンサ３８とを結ぶ光路上に設けられており、原稿３４からの反射光をラインセンサ３８上に結像する。ラインセンサ３８は反射光を例えばレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、およびブルー（Ｂ）の３色に分光して受光し、それぞれを光電変換する３ラインカラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の受光素子であり、受光した反射光を信号に変換して画像信号として出力する。

画像形成部４０はいわゆるプリンタ（出力装置）の機能を有するものであり、以下のように構成される。
即ち、給紙トレイ４１と、搬送ロール４２と、転写ユニット４３と、中間転写ベルト４４と、定着ユニット４５とを備えるものである。
４１は給紙トレイであり、所定のサイズのシートを収容し、このシートを画像形成に合わせて供給するものである。

４３は転写ユニットであり、前述のラインセンサ３８より出力される画像信号から静電潜像を形成し、トナーを付着させることによってトナー像を形成するものである。このトナー像は中間転写ベルト４４に転写された後、シート上に転写され、定着ユニット４５によって加圧・加熱されシート上に定着することで、画像印刷を行うものである。

図３は、本発明を適用できる光源ユニット３５の構成を示す図であり、図４は、光源ユニット３５の長手方向（主走査方向）の略中央部における副走査方向の断面図である。
１は基板であり、この基板１の実装面は、例えば反射材として酸化チタン粉末やアルミニウム粉末等による白シルク印刷で塗装されており、後述するＬＥＤ２からの照射光を効率的に反射するものである。

２は白色光を発するＬＥＤであり、基板１上に複数のＬＥＤ２_ｋ（ｋは自然数）が直線状に実装されている。
また、ＬＥＤ２_ｋは図５に示すように主走査方向に対して中央部の間隔「ｂ」を粗に、両端部の間隔「ａ」を密に実装されている「ｂ」＞「ａ」。
尚、図面の記載上、ＬＥＤの数を図３において３５個としてあるが、ＬＥＤの数は特に限定されるものではない。

３はアクリル等の透明素材からなる棒状の導光体であり、前記ＬＥＤ２_ｋに沿って覆うように設置されている。４は導光体３を支持するフレーム、５は基板１と図示しない外部機器とを接続するコネクタである。
即ち、光源ユニット３５は、複数のＬＥＤ２_ｋの実装された基板１、導光体３が夫々所定の位置関係でフレーム４に取り付け支持された構成であり、基板１の実装面に対してＬＥＤ２_ｋからの照射光を略垂直に照射できるものである。

導光体３は、長手方向（主走査方向）に沿って入光面６と出射面７と第１の反射面８と第２の反射面９に大別できる。尚、長手方向（主走査方向）の両側の端面は夫々図示しない反射面である。また、光源ユニット３５において複数のＬＥＤ２_ｋが入光面６の近傍に配置されることにより、ＬＥＤ２_ｋから発せられた照射光が入光面６を透過して導光体３の内部に入光する構成である。

出射面７は入光面６に対向する面であり、集光効果のため凸状に湾曲して形成されており、例えば、表面にはローレット加工が施されている。
入光面６は、少なくとも、第１の平面Ａと第２の平面Ｂとの連続する２つの平面から成り、ＬＥＤ２_ｋの照射面と略平行に対向する第１の平面Ａを備えるように形成したものであり、第１の平面Ａと第２の平面Ｂとの交線は「ｃ」である。
また、第１の平面Ａの出射面７の下端との間に位置する第１の反射面８は、少なくとも、入光面側反射面Ｃと出射面側反射面Ｄとの連続する２つの反射面から成り、入光面側反射面Ｃと出射面側反射面Ｄとの交線は「ｄ」である。
また、出射面側反射面Ｄと出射面７との交線「ｅ」は、交線「ｄ」と略同じ高さとなっている。

尚、出射面側反射面Ｄは出射面７に向かって逆テーパー状となるよう低く（「ｅ」が「ｄ」より低く）なっていても構わない。

１２は反射鏡であり、この反射鏡１２は、導光体３の長手方向（主走査方向）と略同一の長さを有する平面状のミラーであり、例えば、アルミ板、又は、反射面にアルミ膜が形成されたものから構成されることにより、光源ユニット３５の長手方向（主走査方向）の側面から照射される照射光の向きを変え、後述する一方の光（第１の光束１３）を他方の光（第２の光束１４）とを原稿３４の照射点に交差させるように導くものである。（図６参照）
図６に示す反射鏡１２は平面形状をしているが、断面楕円状または断面放物線状に形成されていても構わない。この場合、平面形状と比較して、光原稿３４の照射点への照射光の収束性の向上が図れると共に、照射光の照射範囲を任意に制御できるものである。

この構成により、ＬＥＤ２_ｋから発せられた照射光の内、第１の平面Ａを透過した照射光の一部は第１の光束１３（間接光）として直接出射面７から照射されることにより、原稿３４に対し略平行に照射される。他の照射光の多くは第１の反射面８により全反射されることにより、第２の光束１４（直接光）として直接出射面７から原稿３４の照射点に照射され、出射面７の凸状部により原稿３４の照射点に集光される。

また、第２の平面Ｂを透過した照射光の多くは直接出射面７から原稿３４の照射点に照射され（又は、第２の反射面９にて全反射された後、直接出射面７より出射され）た後、第２の光束１４と合成され、出射面７の凸状部により原稿３４の照射点に集光される。
このように、ＬＥＤ２_ｋからの照射光を出射面７より各々独立した異なる２方向に照射するものである。
さらに、第１の光束１３は、第２の光束１４と原稿３４の照射点に交差するよう反射鏡１２により反射されるものである。

図７は、本実施形態の導光体３において、ＬＥＤ２_ｋの照射面の下端と「ｄ」との高さ方向の差「Δｄ」と直接光・間接光の割合の関係を示す図であり、１００は「Δｄ」の変化による直接光・間接光の割合の変化を示す線である。
図７によると、「Δｄ」を調整することにより、原稿３４に対し略平行に照射される成分（直接光）と、直接原稿３４に照射される成分（間接光）との割合が調整可能となる。 このため、反射鏡の反射率等に応じた照射光の光量の割合の変更が容易となり、照明装置の設計の際の設計の自由度を増やすことができる。

本実施形態では、実装面に対し、第１の反射面８（入光面側反射面Ｃ）は１７．６°、第２の平面Ｂは１３２°、第２の反射面９は６２°夫々傾いている。
これにより、第１の反射面８、及び、第２の反射面９は、ＬＥＤ２_ｋからの照射光に対し、臨界角を越える照射光を全反射するものである。
また、「Δｃ」＝０．３６ｍｍ、「Δｄ」＝「Δｅ」＝０．１ｍｍとし、直接光：間接光＝５５％：４５％とした。
尚、「ｃ」においては、ＬＥＤ２_ｋの照射面の上端と「ｃ」との高さ方向の差を「Δｃ」とし、照射面の上端と「ｃ」とが同一の高さにある場合を「Δｃ」＝０ｍｍとする。
「ｄ」、「ｅ」においては、ＬＥＤ２_ｋの照射面の下端と「ｄ」、「ｅ」との高さ方向の差を「Δｄ」、「Δｅ」とし、照射面の下端と「ｄ」、「ｅ」とが同一の高さにある場合を「Δｄ」＝「Δｅ」＝０ｍｍとする。
また、少なくとも、「ｃ」は、ＬＥＤ２_ｋの照射面の上端より「Δｃ」だけ高いものとし、「Δｄ」、「Δｅ」共、「ｃ」の高さより低いものとする。

ここで、導光体３内部を伝播する照射光をシミュレーションにより示した図を用いて上述の効果を説明する。
図８は入光面６にＬＥＤ２_ｋの照射面と略平行に対向する第１の平面Ａ、及び、第２の平面Ｂを備えた例であり、図９は比較の一例として入光面６を斜め直線状の平面（第１の平面Ａを備えていない）とした例である。

図８における本実施形態の導光体３においては、入光面６の近傍に配置されたＬＥＤ２_ｋから発せられた照射光の内、第１の平面Ａを透過した照射光の一部は、第１の光束１３として直接出射面７から照射されることにより、原稿３４に対し略平行に照射される。また、他の照射光の多くは第１の反射面８により全反射されることにより、第２の光束１４として出射面７より出射され、出射面７の凸状部により原稿３４の照射点に集光される。 また、第２の平面Ｂを透過した照射光の多くは直接出射面７から原稿３４の照射点に出射され（又は、第２の反射面９にて全反射された後、直接出射面７より出射され）た後、第２の光束１４と合成され、出射面７の凸状部により原稿３４の照射点に集光される状態を示している。
この時、第１の光束１３は、出射面７の凸状部により原稿３４の照射点に収束されるものである。また、第１の光束１３は、第２の光束１４と原稿３４の照射点に交差するよう反射鏡１２により反射されることで、原稿３４の照射点に照射され、原稿３４の読取対象部分がライン状に照明されるものである。

図９における導光体３においても同様に、入光面６の近傍に配置されたＬＥＤ２_ｋから発せられた照射光の全てが入光面６を透過し、一部が第１の光束１３として直接出射面７から照射されることにより、原稿３４に対し略平行に照射される。一方、他の照射光の多くは第１の反射面８、及び、第２の反射面９により全反射されることにより、第２の光束１４として出射面７より照射されると共に、直接出射面７より出射された照射光の一部とが合成されることで形成される。
第２の光束１４は出射面７の凸状部により原稿３４の照射点に集光される。

しかしながら、図９に示す導光体３では、入光面６に第１の平面Ａが形成されておらず直線状の平面のみのため、この平面の中央部付近を透過した照射光は出射面７から略均一に照射されることになる。この結果、出射面７の中央部付近から、原稿３４の照射点に照射されない角度で、且つ、反射鏡１２によっても反射されない角度で照射される照射光が生じることから、迷光（フレア成分）が発生するものである。

一方、図８における本実施形態の導光体３では、第１の平面Ａを形成することにより、出射面７の中央部付近から照射光を照射させることなく第１の光束１３、及び、第２の光束１４に収束させることができる。この結果、反射鏡１２により反射されない角度で照射される照射光を低減できることにより、ＬＥＤ２_ｋからの照射光を効率よく原稿３４の照射点に集光することが可能となり、照射点の照度を向上できる。

このように、入光面６に第１の平面Ａ、及び、第２の平面Ｂを備えたことにより、２方向へ照射する場合の分離性が向上することにより、照射点の照度、即ち、照射光の利用効率を向上できるものである。

尚、図中の実線は、ＬＥＤ２_ｋから発せられた照射光の状態を追跡できるようにするためものであり、実際は光束である。

図１０は本発明を適用できる光源ユニット３５の配光特性を示す図であり、図１１は比較の一例としての１方向のみに光を照射する光源ユニット３５の配光特性を示す図である。
また、図１４は本実施形態の光源ユニット３５において、原稿３４の照射点の位置における副走査方向に対する照度分布の反射鏡１２の有無による比較例である。
２００は反射鏡１２有りの状態を示す線であり、２０１は反射鏡１２無しの状態を示す線である。
図１２に示すように、本発明を適用できる反射鏡１２を用いることで、原稿３４の照射点の副走査方向における位置の変化（±１．０ｍｍ）において、安定した照度を保つことができる。

これにより、副走査方向における読み取り光量の変動を抑制でき、出力変動幅を小さくできることから、画像読み取り装置の出力画像に発生する濃度変動を低減することができ、読み取り性能を安定できる。

図１３は本実施形態の光源ユニット３５において、反射鏡１２の有無による原稿３４の照射点の位置における高さ方向の位置の変化（「Δl」）に対する照度分布の比較例を示す図である。
３００は反射鏡１２有りの状態を示す線であり、３０１は反射鏡１２無しの状態を示す線である。
図１３に示すように、本発明を適用できる、２方向に光を照射する光源ユニット３５、及び、反射鏡１２を用いることで、０ｍｍ＜「Δl」＜３．０ｍｍにおいて、安定した照度を保つことができる。
これは、反射鏡１２からの第１の光束１３の照明ピーク位置を反射鏡側へ、光源ユニット３５からの第２の光束１４の照明ピーク位置を光源側へずらすことにより、プラテンガラス３１の上方にピーク位置の合致する位置が生じるためである。

これにより、原稿３４の高さ方向への位置の変化につれ両者のピーク位置が合致することになることから、原稿３４の皺・段差・浮き上がり等に伴う高さの変動による出力の低下量を低減することができ、読み取り性能を安定できる。このため、画像読み取り装置の出力画像に発生する濃度変動を低減することができ、読み取り性能を安定できる。

尚、図１０、乃至、図１３は、各ＬＥＤ２_ｋのピッチ（間隔）は中央部で６．４ｍｍ、端部で４．３ｍｍ、ＬＥＤ光源を６０個使用時のものである。

本発明のライン状照明装置はイメージスキャナー、ファクシミリ、複写機等の画像読取装置として有効な技術である。

１ 基板
２ ＬＥＤ
３ 導光体
６ 入光面
７ 出射面
１３ 第１の光束
１４ 第２の光束
Ａ 第１の平面
Ｂ 第２の平面
Ｃ 入光面側反射面
Ｄ 出射面側反射面

Claims (4)

1. ・基板と、
   ・前記基板上に直線状に配置された複数の光源と、
   ・反射鏡と、
   ・直線状に配置された複数の前記光源に沿って配置された導光体であって、前記光源からの光が入光する、前記光源の照射面に対して平行に設けられた第１の平面部と、前記第１の平面部に対して傾いて設けられた第２の平面部と、を有する入光面と、前記第１の平面部に対して傾いて設けられた反射面と、を有し、前記第１の平面部を透過した光の一部である第１の光束を前記反射鏡に向けて出射し、前記第２の平面部を透過した光と、前記第１の平面部を透過して前記反射面で反射した光とを合わせた第２の光束を原稿に向けて出射する出射面と、を有する前記導光体と、
   を有し、
   ・前記光源を前記基板上に配置した状態において、前記反射面と前記出射面との交線は、前記第１の平面部と前記第２の平面部との交線よりも低くし、かつ、前記反射鏡は前記第１の光束を前記第２の光束と交差する方向に向けて反射するように構成している
   ことを特徴とするライン状照明装置。
2. 前記反射面は、前記入光面側に設けられた入光面側反射面と、前記出射面側に設けられた出射面側反射面とを有しており、
   前記出射面側反射面と前記出射面との交線は、前記入光面側反射面と前記出射面側反射面との交線と同じ高さである
   ことを特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
3. 原稿からの反射光を読み取る画像読取装置であって、
   （ａ）・基板と、
   ・前記基板上に直線状に配置された複数の光源と、
   ・反射鏡と、
   ・直線状に配置された複数の前記光源に沿って配置された導光体であって、前記光源からの光が入光する、前記光源の照射面に対して平行に設けられた第１の平面部と、前記第１の平面部に対して傾いて設けられた第２の平面部と、を有する入光面と、前記第１の平面部に対して傾いて設けられた反射面と、を有し、前記第１の平面部を透過した光の一部である第１の光束を前記反射鏡に向けて出射し、前記第２の平面部を透過した光と、前記第１の平面部を透過して前記反射面で反射した光とを合わせた第２の光束を原稿に向けて出射する出射面と、を有する前記導光体と、
   を有し、
   ・前記光源を前記基板上に配置した状態において、前記反射面と前記出射面との交線は、前記第１の平面部と前記第２の平面部との交線よりも低くし、かつ、前記反射鏡は前記第１の光束を前記第２の光束と交差する方向に向けて反射するように構成しているライン状照明装置と、
   （ｂ）前記原稿からの前記反射光を受光素子上に結像する結像レンズと、
   （ｃ）前記受光素子によって受光した前記反射光を信号に変換して画像信号として出力する画像読取部と、
   を備えた
   ことを特徴とする画像読取装置。
4. 前記ライン状照明装置の有する前記反射面は、前記入光面側に設けられた入光面側反射面と、前記出射面側に設けられた出射面側反射面とを有しており、
   前記出射面側反射面と前記出射面との交線は、前記入光面側反射面と前記出射面側反射面との交線と同じ高さである
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像読取装置。