JP5299660B2 - 照明装置、画像読取装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は照明装置、画像読取装置、及び、画像形成装置に係り、特に複数個の発光素子を列設して形成された光照射体を備えて原稿を照明する照明装置、画像読取装置、及び、画像形成装置に関する。

一般的な縮小光学系の画像読取装置として、原稿に光を照射し、原稿の反射光をＣＣＤ素子、ＣＭＯＳ素子等で構成される撮像素子で読み取るものがある。このような画像読取装置として、照明装置を備え、その光源として円筒形状のキセノンランプを有するものがある。このような画像読取装置では、キセノンランプの照射光は発光素子からの光を通過させる透明部材であるコンタクトガラス上の原稿に照射され、原稿の拡散反射光がレンズ等の光学素子を介して前記撮像素子に導かれ、撮像素子で画像信号を電気信号に変換する。

また、このような画像読取装置では、前記原稿からの反射光を偏向する第１ミラーを含む第１走行体、第２ミラーからの光を更には偏向する第２ミラー、第３ミラーを含む第２走行体を備え、前記第１走行体及び第２走行体が画像読取装置に設けられたレール上を走行することにより、原稿をスキャンする。また、このような画像読取装置では、第１走行体には、キセノンランプからの光を反射して照度分布を適正化、及び、切り貼り原稿読取時の影をなくすための反射板を備える。図１２は従来の照明装置を示す模式図である。照明装置の第１走行体３０１は、コンタクトガラス３０５の下方に配置され、キセノンランプ３０２、原稿面での照度分布を良好なものにするためのリフレクタ３０３、原稿面での反射光をＣＣＤに導く第１ミラー（図示していない）を備えている。

特許文献１には、読取画像の画質の向上を図るため、発光機構と、所定の画像情報が記録された原稿に発光機構からの光を照射して得られる透過光又は反射光を検出して所定の画像情報を読み取る読取手段と、を有する画像読取装置において、発光機構は、複数の光源と、これら複数の光源から射出される光を混合して略同一方向への射出光を形成する光混合手段と、光混合手段によって混合された光を原稿側に集束させる光集束手段とを備えるものが記載されている。

また、特許文献２には、原稿の画像面に光を照射する光源の原稿の画像面に対向しない側に、導光体の一方の端面を近接配置し、導光体の他方の端面は、画像面における光源が直接照らす位置へ向け、導光体の一方の端面からは、光源の画像面に向かわない光が入射し、この光は、導光体内を伝搬して、他方の端面から射出し、画像面を照らし、これにより、画像面を照らす光量を増加し、画像面を二方向から照らすことができるものが記載されている。
特開２００３−２４８２７４号公報 特開平１１−３１７８４２号公報

近年、画像読取装置における光源には、立ち上がり時間の短縮化、省エネルギー化、長寿命化が要望されており、キセノンランプの代替光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を採用するものが実用化されてきている。ＬＥＤを縮小光学系に採用する場合、等倍光学系に比べて原稿面から撮像素子までの距離が長いためその間での光の減衰が大きくなり、そのため、より高い原稿面照度が必要となる。そこで、複数のＬＥＤを主走査方向にアレイ状に列状に配置し、原稿面での照度を上げるような試みがなされている。

一方、原稿に光を照射し、その拡散反射光の一部を結像させて画像を読み取る画像読取装置においては、例えば原稿が浮いた場合などに、その原稿の浮いた角度と、光源からの入射光の角度により、意図しない正反射光が撮像素子に入り込む現象が起こる。この現象により、光源がキセノンランプのように面発光で、主走査方向にほぼ均一な拡散光を射出できるものの場合には、読み取られた画像上に本来の画像より明るい帯状の領域ができる。これに対し、ＬＥＤアレイのように点光源が主走査方向に複数並んだ光源の場合には、その配置しているＬＥＤと同じピッチの明るい領域が点状に現れることになり、場合によっては異常画像として認識されてしまう。特にＬＥＤは指向性が高い光源であるため、画像への影響が大きくなる。

このようなＬＥＤを使用した照明装置について説明する。図１３は従来のＬＥＤを使用した照明装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。照明装置は、図１２（ｂ）に示すように、複数のＬＥＤ素子４０１を並べたＬＥＤアレイ４０２を用いたものを光源として配置するようにしている。ここで、ＬＥＤアレイ４０２を使用する場合には、原稿面で副走査方向の良好な照度分布を得るため、キセノンランプ同様、発光面を原稿面に対し傾けた状態に配置するようにしている。

このような照明装置の照明分布は以下のようになる。図１４は照明装置の照明特性を示す図であり、（ａ）はキセノンランプを使用した場合を示す図、（ｂ）はＬＥＤを使用した場合を示す図、図１５はＬＥＤアレイを使用した照明装置での照明の状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

キセノンランプを使用した照明装置では、面発光で主走査方向に略均一な拡散光を射出できる（図１４（ａ））に対して、点発光であるＬＥＤを主走査方向に並べて配置したＬＥＤアレイ４０２を使用した場合、主走査方向にＬＥＤ素子４０１のピッチに相当したリップル状の照度ムラが現れる（図１４（ｂ））。この現象を回避するため、ＬＥＤと原稿面の距離・ＬＥＤを配置するピッチ・ＬＥＤの指向性の３要素の関係を最適化することが必要となる。

また、図１５に示すように、光沢原稿６０１がカールしている場合、原稿面上で正反射が起こり、意図しない正反射成分６０２がＣＣＤに入射してしまう（図１５（ａ））。この場合、光沢原稿６０１の主走査方向反射面６０３上のＬＥＤ間隔に相当する部分６０４に入射した光の大部分は、主走査方向に角度をもった正反射光となるためＣＣＤに届かないのに対し、ＬＥＤの射出面に対し垂直に近い成分６０６はＣＣＤに到達する（図１５（ｂ）。これによりＣＣＤ面上にはリップル状の照度ムラが出てしまうが、この照度ムラは前述した照度ムラとは原因が異なるため、前記３要素の関係を最適化することでは解決することができない。なお、この問題は光沢原稿がカールした場合に限らず、写真アルバムなどの平坦ではないフィルム面でも発生する。

この課題に対して、光源と原稿面の間に遮光板を配置し、正反射が起こりうる照射光を遮光するという方法があるが、通常の原稿浮きに対しても光が蹴られてしまうので望ましくない。これに対し、光源と原稿面の間に拡散シート等の光拡散部材を配置することにより改善させる方法があるが、発光面に隣接して拡散シートを配置しても、拡散シートまでに光が拡散されていないので変わらず点として発光され、解決されない。この場合、ヘイズの高い拡散シートを使用すればある程度は改善されるが、効率が悪くなる。一方、低ヘイズの拡散シートでも、拡散シートを発光面から離せば面発光とすることはできるが、距離が長くなるにつれて照度が低下する上に、拡散シートに到達する前に主走査方向以外にも光が広がってしまい効率が悪い。

特許文献１及び特許文献２に記載の発明は、上述したＬＥＤアレイのように点光源が主走査方向に複数並んだ光源を特に対象としているわけではないから、画像への影響を排除できないことがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、点光源を主走査方向にアレイ状に並べて構成した光源であっても、光を効率よく原稿面に照射でき、かつ、正反射光が撮像素子に入った際にも画像が劣化しないようにして良好な画像を得ることを目的とする。

請求項１の発明は、照明装置において、
複数個の発光素子と、
前記発光素子からの光を照射対象に導く導光部と、
前記導光部を通った光を拡散させて射出する光拡散部材と、
を備え、
前記光拡散部材は、断面コ字状で、前記導光部の導光手段に引掛けて取り付けて支持される
ことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の照明装置において、前記光拡散部材を、前記導光手段に接着剤で取り付けることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の照明装置と、前記照明装置の光照射体を保持する走行体と、前記原稿からの反射光を結像させる光学素子と、前記光学素子から反射光が結像され光信号を画像信号に変換する撮像素子とを備えることを特徴とする画像読取装置である。

請求項４の発明は、請求項３に記載の画像読取装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、点光源の集合体を光源とした場合であっても、導光部材から原稿面に到達するまで光拡散部材で光を効率よく拡散させることができ、原稿面には指向性のない光を照射することができ、光沢原稿が光源からの光を撮像素子に正反射として反射するような形状となった場合でも、点状の出力となることを抑えることができる。また、導光部材で効率よく光を導くことができる上、原稿面から点光源を離間させているので低ヘイズの光拡散部材で上記課題を効率よく解決することができる。更には、同時に指向性の高い点光源であるＬＥＤ等の場合でも、副走査方向の照度分布が安定する他、点光源から射出された光を後に拡散させるため、ＬＥＤ等の実装精度を緩めることができる、という効果がある。

以下本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例に係る画像形成装置について説明する。図１は実施例に係る画像形成装置の構成を示す概略断面図である。画像形成装置１０は、主な構成として、原稿を読み取る画像読取装置１０１、画像を形成する画像形成部１２、自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）１３、ＡＤＦ１３から送り出される原稿をスタックする原稿排紙トレイ１４、給紙カセット１５乃至１８を備える給紙部１９、記録用紙をスタックする排紙部（排紙トレイ２０）を備えている。

そして、ＡＤＦ１３の原稿台２１上に原稿Ｄをセットして、図示せぬ操作部で例えばプリントキーの押下操作をすると、最上位の原稿Ｄがピックアップローラ２２の回転により矢印Ｂ１方向へ送り出され、原稿搬送ベルト２３の回転により、画像読取装置１０１に固定された光源からの光を通過させる透明部材であるコンタクトガラス１０２上へ給送され、そこで停止する。コンタクトガラス１０２上に載置された原稿Ｄの画像は、画像形成部１２とコンタクトガラス１０２の間に位置する画像読取装置１０１によって読み取られる。画像読取装置１０１は、コンタクトガラス１０２上の原稿Ｄを照明する照明装置を備えた第１ミラーユニット１０３、原稿画像を偏光するための複数枚のミラーからなる光学系２６、レンズ２７、原稿画像を結像させるＣＣＤ等からなる撮像素子１１０を備える。画像読み取り終了後、原稿Ｄを原稿搬送ベルト２３の回転により矢印Ｂ２方向へ搬送して原稿排紙トレイ１４上へ排出する。このように、原稿Ｄを１枚ずつコンタクトガラス１０２上へ給送して原稿画像を画像読取装置１０１によって読み取る。

一方、画像形成部１２の内部には、像担持体である感光体３０が配置してある。感光体３０は、図において時計方向に回転駆動し、帯電装置３１によって表面を所定の電位に帯電させる。また、書き込みユニット３２からは、画像読取装置１０１によって読み取った画像情報に応じて光変調したレーザ光Ｌを照射し、帯電させた感光体３０の表面をこのレーザ光Ｌで露光し、これによって感光体３０の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置３３を通るとき、対向する転写装置３４によって感光体３０と転写装置３４の間に給送された記録媒体Ｐに転写する。トナー像転写後の感光体３０の表面は、クリーニング装置３５によって清掃する。

画像形成部１２の下部に配置した複数の給紙カセット１５乃至１８には、紙等の記録媒体Ｐを収容してあり、いずれかの給紙カセット１５乃至１８から記録媒体Ｐを矢印Ｂ３方向へ送り出し、その記録媒体Ｐの表面に、上述のように感光体３０の表面に形成したトナー像を転写する。次に、記録媒体Ｐを矢印Ｂ４で示すように画像形成部１２内の定着装置３６を通し、熱と圧力の作用によって記録媒体Ｐの表面に転写されたトナー像を定着させる。定着装置３６を通った記録媒体Ｐを排出ローラ対３７によって搬送し、矢印Ｂ５で示すように排紙トレイ２０へ排出し、スタックする。

次に実施例に係る画像読取装置について説明する。図２は図１に示した画像読取装置の構成を示す拡大断面図、図３は図１に示した画像読取装置の斜視図である。この画像読取装置１０１は、光源１０４及び両端支持された第１ミラー１０５を備えた第１走行体である第１ミラーユニット１０３、同様に両端支持された第２ミラー１０７、第３ミラー１０８よりなる第２走行体である第２ミラーユニット１０６、及び、原稿の反射光をＣＣＤ等の撮像素子１１０上に結像させるレンズ１０９を備えている。そして画像読取装置１０１は、ホストコンピュータから送られてくる１ライン毎の画像読取要求の信号に応じて、第１ミラーユニット及び第２ミラーユニットはそれぞれ２：１の速度で原稿に沿って移動しながら逐次画像の読取を行うよう構成されている。

これにより、コンタクトガラス１０２上の原稿Ｄが光学的に走査される。即ちコンタクトガラス１０２上の原稿Ｄが光源等により照明されて、その反射光像が第１ミラー１０５、第２ミラー１０７、第３ミラー１０８を介してレンズ１０９に導かれ、レンズ１０９により撮像素子１１０上に結像される。

この撮像素子１１０は、結像された原稿Ｄの反射光像を光電変換してアナログ画像信号とし、原稿の読み取りを行う。そして、原稿Ｄの読み取り終了後に、第１ミラーユニット１０３と第２ミラーユニット１０６とはホームポジション位置に復動する。なお、撮像素子から出力されたアナログ画像信号は、アナログ／デジタル変換器によりデジタル画像信号に変換され、画像処理回路を搭載した回路基板において、各々の画像処理（２値化、多値化、階調処理、変倍処理、編集処理など）が施される。

次に、照明装置の第１の実施例について説明する。図４は照明装置の第１の実施例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。本例では、ＬＥＤ素子４０１には、導光部材である導光板７０１を配置し光を原稿に導く。そして、導光板７０１の光射出面と発光素子からの光を通過させる透明部材であるコンタクトガラスの間に光拡散部材７０２を配置している。この例では、導光板７０１とＬＥＤアレイ４０２を保持するために受台７０３を、導光板７０１とＬＥＤアレイ４０２を固定するためにカバー７０４を使用している。また受台７０３は、基部７０３ａと基部７０３ａに斜め方向に突出して配置されＬＥＤアレイ４０２が配置されるＬＥＤアレイ取付部７０３ｂとから構成されている。

ここで、導光板７０１は図４（ｂ）に示すように、光を主走査方向に広げる作用をなす。また、この導光板７０１は、例えばＰＭＭＡやガラスなど透過率が高く、空気中との屈折率比が√２以上の材質であれば、光の全反射を利用し、ＬＥＤから射出された光を導光板側面から漏らすことなく、効率よく光射出面に光を導くことができる。また、導光板７０１はＬＥＤ素子４０１から発光した光の損失が少なくなるように、可能な限りＬＥＤの発光面に近づけることが望ましい。一方、光拡散部材７０２は導光板７０１の光射出面から射出される光を更には拡散光とするために使用する。光拡散部材７０２を配置しない場合は、導光板７０１により主走査方向に光を広げても角度をもった光が照射され、前記の課題は解決されないが、このような構成にすることで、図４（ｂ）に示すように光拡散部材からは主走査方向で、垂直な光が射出されない個所をなくすことができるため、正反射成分をＣＣＤで受光してしまう場合に顕著に表れるＣＣＤ上の照度ムラをなくすことが可能となる。また、導光板７０１により原稿面とＬＥＤ素子４０１の距離を離しているので、低ヘイズの光拡散部材でよい。更には、指向性の高い光源と厚みのある導光板を使用した場合に発生する照度割れを光拡散部材によりなくすことができ、副走査方向の照度分布を安定させることができる上、最終的に拡散光として照射するため、ＬＥＤの実装精度を緩和することも可能となる。

なお、光拡散部材としてはガラスもしくは樹脂の成形品の一部を拡散面とした拡散板、ＰＥＴなどの樹脂フィルムの一部を拡散面とした拡散シート等を使用することができる。拡散面を形成するには、拡散材の塗付や基材の表面形状を加工することができる。

次に光拡散部材７０２の導光板７０１への取り付けについて説明する。図５は照明装置における導光部材と光拡散部材の取付状態を模式的に示す平面図である。照明装置において、導光板７０１の光射出面８０１（図中ハッチングで示した）に光拡散部材として拡散シート８０２を接着剤８０３により取り付ける。これにより、最小限の大きさ、かつ、単純な形状の光拡散部材７０２を取り付けることができる。この場合、光拡散部材７０２を通らない直接光が射出されることがないように拡散シート８０２は導光板７０１の光射出面８０１よりも大きいことが望ましい。

次に、照明装置の第２の実施例について説明する。図６は照明装置の第２の実施例を示す側面図である。本例は、光拡散部材７０２をカバー７０４及び受台７０３で保持するものとしている。本例では、ＬＥＤアレイ取付部７０３ｂとカバー７０４とに前記光拡散部材７０２の厚み寸法より若干大きい寸法の溝部７０３ｃ，７０４ａを形成し、この溝部７０３ｃ、７０４ａ内に光拡散部材７０２を配置している。本例によれば、接着剤や両面テープ等の接着部材を使用することなく、導光板の光射出面に光拡散部材を配置することができる。また、光拡散部材７０２は受台７０３及びカバー７０４に完全には固定されていないため、熱による光拡散部材７０２の撓みや膨張による影響や、受台７０３やカバー７０４の熱変形による影響も受けにくい。従って、光拡散部材の撓みに起因する集光や発散が発生せず、均一な原稿面照度を得ることができる。

次に、照明装置の第３の実施例について説明する。図７は照明装置の第３の実施例を示す側面図である。本例は、光拡散部材１００１を導光板７０１の光射出面以外の部分に取り付けたものである。本例では、光拡散部材１００１は拡散シートとして構成され、導光板７０１の側面部に接着剤１００２で接着するようにしている。このため、光拡散部材１００１は、断面コ字状に導光板７０１に取り付けられる。この例によれば、導光板７０１の光射出面が接着剤等により汚染されて光が損失されることがないので、効率よく光を照射することができる。なお、導光板７０１の側面の接着部分では接着剤により全反射が起きず、光が損失してしまう可能性があるので、接着面積は小さい方が望ましい。

次に、照明装置の第４の実施例について説明する。図８は照明装置の第４の実施例を示す側面図である。本例は、光拡散部材１１０１として、拡散機能を備えた樹脂の形成品を形成し、この茎製品を導光板７０１の側面の一部に引っ掛けて配置している。即ち、光拡散部材１１０１は断面略コ字状に形成され、その両側部に係止部１１０２を形成し、導光板７０１の上下両面には係止凹部７１０を形成し係止部１１０２を係止凹部７１０に係止するようにしている。この場合、導光板７０１の光射出面の形状は一様であるため、主走査方向で射出方向が異なることがない。また、本実施例では、導光板７０１の光射出面を受台７０３及びカバー７０４より前側に配置することができるので遮光による光の損失がない。また、光拡散部材１１０１は曲げによって変形に強い形状となっているため、熱による撓みの影響を受けにくい。

次に、照明装置の第５の実施例について説明する。図９は照明装置の第５の実施例を示す側面図である。本実施例は、光拡散部材１２０１の上側縁を導光板７０１の側面とカバー７０４との間に挟むと共に、下側縁を受台７０３のＬＥＤアレイ取付部７０３ｂの端面に取り付けている。この例では、光拡散部材１２０１は導光板７０１の上側面と、受台７０３の端面に接着剤１００２で接着されている。本例では、導光板７０１の厚みの精度に関わらず光拡散部材を取り付けることができるため光拡散部材１２０１及び導光板７０１の形成精度、加工精度が緩和される。

次に、照明装置の第６の実施例について説明する。図１０は照明装置の第６の実施例を示す側面図、図１１は照明装置の第６の実施例を示す正面図である。本例は、光拡散部材１３０１を受台７０３の基部７０３ａの端面及びカバー７０４の端面としたものである。本例では、光拡散部材１３０１とカバー７０４とを接着剤１００２で固着すると共に、光拡散部材１３０１とＬＥＤアレイ取付部７０３ｂとを接着剤１００２で固着している。この際、図１１に示すように、光拡散部材１４０１の貼付場所１４０２は、光拡散部材１３０１の熱による撓みを防ぐため光拡散部材１３０１の主走査方向全域とすることが望ましい。

本例によれば、光拡散部材１３０１に加工を施すことなく、かつ、単純な構造で導光板７０１の光射出面全域を覆うことができ、組立性も容易となる。なお、この取り付け方法の場合、拡散シートが意図していない形状に曲がらないように、導光板の光射出面は光拡散部材１３０１の受台７０３及びＬＥＤアレイ取付部７０３ｂへの貼り付け面と同一もしくは、それより奥側に配置することが望ましい。

尚、上記の第３の実施例、第４の実施例、第５の実施例，第６の実施例において、接着剤を使用して光拡散部材を接着するようにしたが、接着剤に替え両面テープ等の接着部材を使用することができる。この場合、光射出面への接着剤の流出等の作業ミスによって光射出面に影響を及ぼすことがない上に、組立も容易となる。

実施例に係る画像形成装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示した画像読取装置の構成を示す拡大断面図である。 図１に示した画像読取装置の斜視図である。 照明装置の第１の実施例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 第１の実施例における照明装置における導光部材と光拡散部材の取付状態を模式的に示す平面図である。 照明装置の第２の実施例を示す側面図である。 照明装置の第３の実施例を示す側面図である。 照明装置の第４の実施例を示す側面図である。 照明装置の第５の実施例を示す側面図である。 照明装置の第６の実施例を示す側面図である。 照明装置の第６の実施例を示す正面図である。 従来の照明装置を示す模式図である。 従来のＬＥＤを使用した照明装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図である。 照明装置の照明特性を示す図であり、（ａ）はキセノンランプを使用した場合を示す図、（ｂ）はＬＥＤを使用した場合を示す図である。 ＬＥＤアレイを使用した照明装置での照明の状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 画像形成部
１３ 自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）
１４ 原稿排紙トレイ
１５〜１８ 給紙カセット
１９ 給紙部
２０ 排紙トレイ
２１ 原稿台
２２ ピックアップローラ
２３ 原稿搬送ベルト
２６ 光学系
２７ レンズ
３０ 感光体
３１ 帯電装置
３２ 書き込みユニット
３３ 現像装置
３４ 転写装置
３５ クリーニング装置
３６ 定着装置
３７ 排出ローラ対
１０１ 画像読取装置
１０２ コンタクトガラス
１０３ 第１ミラーユニット
１０４ 光源
１０５ 第１ミラー
１０６ 第２ミラーユニット
１０７ 第２ミラー
１０８ 第３ミラー
１０９ レンズ
１１０ 撮像素子
４０１ ＬＥＤ
４０２ ＬＥＤアレイ
７０１ 導光板（導光部材）
７０２ 光拡散部材
７０３ 受台
７０３ａ 基部
７０３ｂ ＬＥＤアレイ取付部
７０３ｃ，７０４ａ 溝部
７０４ カバー
７１０ 係止凹部
８０１ 光射出面
８０２ 拡散シート
８０３ 接着剤
１００１ 光拡散部材
１００２ 接着剤
１１０１ 光拡散部材
１１０２ 係止部
１２０１ 光拡散部材
１３０１ 光拡散部材
１４０１ 光拡散部材
１４０２ 貼付場所

Claims (4)

1. 複数個の発光素子と、
   前記発光素子からの光を照射対象に導く導光部と、
   前記導光部を通った光を拡散させて射出する光拡散部材と、
   を備え、
   前記光拡散部材は、断面コ字状で、前記導光部の導光手段に引掛けて取り付けて支持される
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記光拡散部材を、前記導光手段に接着剤で取り付けることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明装置と、前記照明装置の光照射体を保持する走行体と、前記原稿からの反射光を結像させる光学素子と、前記光学素子から反射光が結像され光信号を画像信号に変換する撮像素子とを備えることを特徴とする画像読取装置。
4. 請求項３に記載の画像読取装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。