JP5610160B2 - 照明ユニット、画像読取装置、および画像形成装置 - Google Patents
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Description
その用途の一つとして、デジタル複写機やイメージスキャナのような画像読取装置の原稿照明装置にLEDは用いられている。
また、特許文献2では、LEDの出射光をライトガイド内にて全反射を繰り返すことで主走査方向に導き、拡散・反射領域にて拡散・反射し、全反射条件から外れた光をライトガイドの外部に出射させる方式を取っている。これによって、主走査方向の照度分布一様性を高めている。
さらに、特許文献3では、原稿の主走査方向と平行にLEDを多数並べ、LEDの出射光を、主走査方向においては光学的な作用を与えないことで拡散させ、副走査方向においてはレンズの集光作用によって、原稿面上の読取対象領域における照度を高めている。
また本発明は、集光の度合いを弱める事の無い高い光利用効率の照明ユニット、画像読取装置、および画像形成装置を提供することを目的としている。
また本発明は、集光の度合いを弱める事の無い高い光利用効率の照明ユニット、画像読取装置、および画像形成装置を提供することができる。
なお、以下に述べる実施の形態は本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種種の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限りこれらの態様に限られるものではない。
本発明の画像読取装置は、原稿面に光を照射するための光源と、前記光源から出射された光を長さと幅を有する読取対象領域に導く照明光学系と、前記原稿面から反射された光を結像する結像光学系と、前記結像光学系の結像部に設けられ、前記原稿面上の原稿の画像を読取るセンサとを有する画像読取装置において、前記照明光学系は、集光作用を有する光学部材と、複数の反射部材とを有し、前記照明光学系の部材設置領域を、原稿面に垂直で前記長さ方向に平行であり、かつ前記読取対象領域を通過する仮想平面によって2つの区画に分割したときに、前記複数の反射部材は、各区画に少なくとも1つずつ設置されることを特徴とする。
図1、図3に本発明の画像読取装置に係る第1の実施の形態の構成(副走査断面)を、図2に本発明の画像読取装置に係る第1の実施の形態の構成(主走査断面)を示す。
また、図1、図2に示すように、第1の実施の形態において光源、照明光学系は以下の構成である。
(光源)
・LED4(×5個)
(照明光学系)
・反射板1−a
・反射板1−b
・反射板1−c
・反射板1−d
・反射板2
・反射板3
ここで、反射板は全て平面であり、反射板1−a、1−b、1−c、1−dからなる光学部材は接着剤によって一体化されている。また、一体化された反射板をここでは導光体と呼ぶ。
図1において、長さ方向とは図面に対して垂直方向であり、幅方向とは図面の左右方向である。
仮想平面とは、原稿面に垂直で長さ方向に平行であり、かつ読取対象領域6を通過する面を言う。即ち、原稿から反射され画像の結像に利用される光が通過する面を仮想平面とする。また、当該仮想平面によって光源及び照明光学系部材の設置領域を2つの区画に分割したときに、光源が存在する区画を第1の領域、光源が存在しない区画を第2の領域とする。
本実施の形態における具体的な例を図1を用いて説明する。図1において、仮想平面とは第1の領域と第2の領域との境界となる線であり、第1の領域にはLED4と、反射板1−a、1−b、1−c、1−dからなる光学部材と、反射板2とが配置され、第2の領域には反射板3が配置されている。
また、以下の実施の形態において、仮想平面と第1の領域、第2の領域は本実施の形態と同様の定義で用いられる。さらに具体的には、仮想平面7と第1の領域、第2の領域の配置構成において、光学部材の種類等が変更される以外は本実施の形態と同様とする。
LED4から出射された光は、副走査方向には、LED4から出射された光のうちLED4の正面方向から外側に拡散していく光を、長さ方向に平行で向かい合った反射板1−aと反射板1−bによってLED4の正面方向に反射・集光させる。前記向かい合った反射板1−aと反射板1−bとの距離は、光源から光が入射する側の反射板間距離Aに対して、光が出射する側の反射板間距離Bが大きくなるように、角度を持って配置されている。
また、LEDの出射光を拡散させるために(少ないLED数でも主走査方向の照度むらを一様とするために)必要なスペースは、LEDの光出射面の正面方向(図1の左右方向)であるので、本実施の形態のように、LED4の光出射方向を原稿面(図のコンタクトガラス5上面)と平行にし、導光体によって副走査方向に光を集め、ミラーによって光を蹴上げる構成にすれば、図1の上下方向においては、コンパクトな構成とすることが可能となる。また当然、LED数を5よりも増やすことによって、図2の左右方向においてもコンパクト化が可能となり、さらにこの時、当然高照度化も可能となる。またさらに、2方向からの照明が実施されるので、原稿に浮きがあっても影が出ることがない。
P ≦ 1.3・r ・・・(式1)
図5は本発明の画像読取装置を備える画像形成装置の模式図である。
同図において符号100は画像形成装置、200は画像読取装置をそれぞれ示す。その他の符号は説明中で直接引用する。
通常、画像読取装置に用いられる原稿照明装置としてのLEDの使用方法としては、LED素子を多数個並べ、アレイ状にして用いる。
図6、図8に本発明の画像読取装置に係る第2の実施の形態の構成(副走査断面)を、図47に本発明の画像読取装置に係る第2の実施の形態の構成(主走査断面)を示す。
また、図6、図7に示すように、第2の実施の形態において光源、照明光学系は以下の構成である。
(光源)
・LED4(×5個)
(照明光学系)
・導光体8
・反射板2
・反射板3
ここで、反射板は全て平面であり、導光体8以外は第1の実施の形態と同じ構成である。第1の実施の形態と第2の実施の形態の導光体8の違いについて以下に説明する。
上記構成によって、LED4から出射された光は、副走査方向には、LED4から出射された光のうちLED4の正面方向から外側に拡散していく光を、効率良くLED4の正面方向に反射・集光させることができる。
上記構成によって、主走査方向においては前記向かい合って配置された2面の外側に逃げてしまう光を折り返し、原稿の照明に有効に利用することができる。
r’ = r − Σ{Di・(1−1/Ni)} ・・・(式3)
が必要になる。距離r’は、第2の実施の形態においては図8の経路から求めることができる。
求められた距離r’を用いて、照度むらが無いような発光ダイオード間隔P’の望ましい値を下記式2から算出することができる。
P’ ≦ 1.3・r’ ・・・(式2)
図9に本発明の画像読取装置に係る第2の実施の形態の構成(副走査断面)を、図10に本発明の画像読取装置に係る第2の実施の形態の構成(主走査断面)を示す。
また、図9、図10に示すように、第2の実施の形態において光源、照明光学系は以下の構成である。
(光源)
・LED4(×5個)
(照明光学系)
・反射体9
・反射板2
・反射板3
ここで、反射板は全て平面であり、反射体9以外は第1の実施の形態と同じ構成である。反射体9の機能は第1の実施の形態の導光体と同じであるので、反射体9について以下に説明する。
図11に本発明の画像読取装置に係る第2の実施の形態の構成(副走査断面)を、図12に本発明の画像読取装置に係る第2の実施の形態の構成(主走査断面)を示す。
また、図11、図12に示すように、第2の実施の形態において光源、照明光学系は以下の構成である。
(光源)
・LED4(×5個)
(照明光学系)
・レンズ10
・反射板2
・反射板3
ここで、反射板は全て平面であり、レンズ10以外は第1の実施の形態と同じ構成である。レンズ10の機能は第1の実施の形態の導光体と同じであるので、レンズ10について以下に説明する。
第5の実施の形態は、第1の実施の形態における照明光学系の構成のみを変更したものである。側反射板の構成とその効果について、図13および図14に示された第5の実施の形態の構成に基づき詳細に説明する。
図13に示すように、LEDから出た光で、主走査方向に拡がっていく光は、側反射板(反射板1−d)によって反射され、読取対象領域に導かれ、それによって照明光として有効活用されている。
反射板1−cと反射板1−dを正面に平行な配置関係で向かい合わせるのではなく、角度を持って向かい合わせることで、2つの効果が得られる。1つは、読取対象領域(に密着しているコンタクトガラス)に入射する光の角度がより垂直に近くなることから、コンタクトガラス面での光の反射による損失が少なくなる(ガラス表面には、入射した光の一部を反射する性質がある。一般に、ガラス面に入射する光の角度が急になればなるほど、面での反射光量は増大し、照明効率(光利用効率)が落ちる。)。よって、LEDから出た光が読取用の照明光として利用される効率、すなわち光利用効率の向上が期待できる。もう1つは、角度を調整することによって、図14に示すように、読取対象領域の端部光量の向上が期待できることである。
図15に本発明の画像読取装置に係る第6の実施の形態の構成(副走査断面)を、図16に本発明の画像読取装置に係る第6の実施の形態の構成(主走査断面)を示す。
第6の実施の形態は、第1の実施の形態における向かい合った反射板1−a’、1−b’の形状を放物線状に設定したものである。反射板は、長さ方向においては放物線状であり、幅方向においては曲率を持たない。図15にて明らかなように、反射板を副走査断面上において放物線状にし、その放物面の焦点かその近辺に光源を置くことで、光源から出射した光で反射面にて反射された光は略平行光になる。
第5の実施の形態のように反射面を放物線状にすると、光源から出射された光は第1の実施の形態に比べてより平行光に近くなるため、光利用効率は増加するが、反射面を放物線状にするのは、平面に比べて製造コストが高くなる。よって、製造コストを考慮すると、放物線に近似した角度で平面を設置する方法を取る場合もある。
さらに、上記導光体の反射面を放物線状にする発明に、第5の実施の形態における側反射板の配置構成に関する技術的思想を組み合わせることで、光利用効率の向上を達成することができる。即ち、側平面は、向かい合って配置された2面の長さ方向両端部に、1面ずつ向かい合って設置され、その一組の向かい合う側平面は、光源から入射する側の側平面間距離をC’と、光が出射する側の側平面間距離D’としたとき、C’<D’の関係が成り立つように角度を持って配置されていることが光利用効率に優れることが確認された。
図18に本発明の画像読取装置に係る第7の実施の形態の構成(副走査断面)を示す。
第7の実施の形態は、第1の実施の形態における反射板2と反射板3を曲面にし、反射板2’、反射板3’としたものである。反射板を曲面にすることで、第1の実施の形態では反射板1−aと1−bだけが担っていた集光作用を、反射板2’、反射板3’も担うことができる。これによって、読取対象領域の照度向上が期待できる。
ただし、このような構成にすることで副走査方向の照度分布は、照度が一様な領域が狭くなる。これによって、製造誤差などにより、照明領域と読取対象領域がずれた場合に、読取対象領域の照度は著しく落ちる懸念がある。だが、製造工程が安定した状態で、このような懸念の必要が無ければ第7の実施の形態の構成は望ましい。
2 反射板
3 反射板
4 LED
5 コンタクトガラス
6 読取対象領域
7 仮想平面
8 導光体
9 反射体
10 レンズ
Claims (3)
- 画像読取装置に用い、読取対象領域を照明する照明ユニットであって、
所定の一方向に配列された複数の光源と、
前記光源から出射された光を読取対象領域に導く光学部材と、を有し、
前記光学部材は、互いに角度を持って向かい合う第1の反射面および第2の反射面と、第1の反射板および第2の反射板と、を含み、
前記第1の反射面は、前記第1の反射板に設けられ、
前記第2の反射面は、前記第2の反射板に設けられ、
前記第1の反射面および前記第2の反射面は、いずれも1つの平面であり、
前記第1の反射面と前記第2の反射面との距離は、前記光源から出射された光の進行方向に進むにつれて大きくなるような角度をもって配置され、且つ、該角度は鋭角であり、
前記光学部材は、前記光源から出射された光を反射板上の反射面の反射作用によってのみ集光し、
前記第1の反射面と前記第2の反射面とは前記光源から出射された光を集光して出射し、
前記第1の反射面および前記第2の反射面の光源側の端から射出側の端までの光の進行方向における距離は、前記第1の反射面と前記第2の反射面との距離よりも長いことを特徴とする照明ユニット。 - 請求項1に記載の照明ユニットを備えることを特徴とする画像読取装置。
- 請求項2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。
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