JP5654137B2

JP5654137B2 - 照明ユニット及びそれを用いた画像読取装置

Info

Publication number: JP5654137B2
Application number: JP2013540807A
Authority: JP
Inventors: 岡本　達樹; 達樹岡本; 卓松澤; 正美濃部; 隆仁中西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: CN103907337A; WO2013062010A1; CN103907337B; US8982430B2; HK1197333A1; JPWO2013062010A1; US20140376065A1

Description

この発明は、印刷物やブック原稿などの読取対象物に対して線状照明を行うための照明ユニット及びそれを用いた画像読取装置に関する。

画像読取装置は、コピー機、スキャナ、ファクシミリ等にて使用されている。画像読取装置は、一次元撮像素子を用いて読み取り位置における画像をスキャンすることによって、画像全体を読み取る装置であって、原稿を読取る際に照明を行う照明ユニットを備えている。画像読取り装置では、画像情報を精度良く、かつ、高速に読取る必要があり、効率よく原稿を均一に照明する照明ユニットの構成が開示されている。ここで、一般的表現として、一次元撮像素子が配列されている方向を主走査方向と呼び、スキャンする方向を副走査方向と呼ぶ。また、主走査方向と副走査方向に共に直交する方向を、読取光学系では焦点深度方向と呼び、照明ユニットでは照明深度方向と呼ぶ。

特許文献１で開示された原稿照明ユニットは、主走査方向に並ぶ複数のＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等の点光源を備える。この点光源からの光の射出方向は、原稿を載置するための原稿台の法線方向と略平行で、原稿台と反対方向である。この点光源からの光は、点光源に対向して配置される複数の反射面により、照明光として原稿面に導かれる。

特許文献２で開示された集光系照明装置は、放物線上の反射面の焦点位置に配置される光源と、光源からの光および反射面からの光を集光する２種類の曲率を持ったレンズとを備える。

特許文献３で開示された原稿照明装置は、主走査方向に並べて設けられたＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を取り囲んだ反射板とを備える。この反射板の形状は、放物面の２次曲面である。

特許文献４は、照明深度が大きくかつ副走査方向の照明幅が広く、高照度の照明を実現できる導光体、照明ユニットおよび画像読取用照明装置の構成を開示している。

特許文献５では、発光ダイオードが設けられた回路基板が金属製の支持部材に固定され、支持部材がキャリッジ固定された画像読取装置が開示されている。

特開２０１０−１９９８７５号公報（図１〜９）特公平４−１５４５７号公報（図１〜３）特開２００５−２３４１０８号公報（図１、２）特開２００９−２７２２１５号公報（図３）特開２００７−３０６３０９号公報（図４）

画像読取装置において、例えば、ブック原稿や皺のある紙幣など、表面に凸凹のある読取対象物の画像を鮮明に結像できる大きな焦点深度を有する読取光学系を採用した場合、照明深度の大きな照明装置が必要である。凹凸のある原稿を読み込む際に、照明深度方向に照度分布があると、読込画像に明るさ変動が発生するためである。

特許文献１で開示された原稿照明ユニットでは、複数の反射面で構成するため、それぞれの反射面から原稿面に向かう照明光束の原稿台に対する角度成分が複数のピークを持つことになる。その結果、ブック原稿等、原稿台から距離が変化する原稿に対して、均一な照度での照明が難しいという課題があった。

特許文献２で開示された照明装置では、放物面とレンズの組み合わせにより、照明光束を平行光線に近づけることも可能であるので、ブック原稿等、原稿台から距離が変化する原稿に対して、均一な照度での照明が比較的容易ではある。しかしながら、同文献で開示された照明装置は、放物面反射鏡と２種類の曲率を持ったレンズで構成されるため、光学系のサイズが大きくなり照明装置の小型化が困難であるとともに、コストがかかるという課題があった。

特許文献３で開示された原稿照明装置では、ＬＥＤ素子が主走査方向に並べられ、ＬＥＤ素子を取り囲んだ反射板が備えられ、反射板の形状が放物面の２次曲面である。そのため、照明光束を平行光線に近づけることも可能であり、ブック原稿等、原稿台から距離が変化する原稿に対して、均一な照度での照明が比較的容易ではある。しかしながら、ＬＥＤ素子を取り囲んだ反射板を備えるため、光学系が大きくなり照明装置の小型化が困難であるという課題があった。

特許文献４では、導光体を用いて、平行光束を取り出す構成が示されている。

特許文献５では、発光ダイオードが設けられた回路基板が、金属製の支持部材に固定され、支持部材はキャリッジ固定された画像読取装置が開示されている。このような構成の場合、発光ダイオードで発生した熱は、支持部材を経由してキャリッジへ排熱されるため、キャリッジが温度上昇し、キャリッジに設けられた他の電子部品の温度が上昇する。その結果、性能の低下が発生するという課題があった。

本発明の目的は、光源から発生する熱による光源などの温度上昇を抑制し、照明深度が大きくかつ高照度の照明ユニットおよび画像読取装置を提供することである。

本発明の第１の観点に係る照明ユニットは、発光素子が主走査方向にアレイ状に配置された光源と、
主走査方向に延在する基板であって、前記光源が設けられる発光素子実装部と、前記主走査方向と垂直な方向に前記発光素子実装部から延びる非発光素子実装部とを有する光源基板と、
副走査方向に対して曲率を有する円筒放物面形状が、主走査方向に沿って前記円筒放物面形状の頂点に垂直な軸面で切り取られた形状をなし、前記円筒放物面形状の頂点に設けられ、前記頂点から前記円筒放物面形状の外側方向に延在する固定部を具備し、前記光源から放射された光を被照射体の照明領域に照射する放物面鏡と、
主走査方向に延在し、前記光源基板の前記発光素子が実装された面と反対の面に密着する密着部と非密着部とを有する放熱板とを備え、
前記光源は、光の発光方向の中心軸が前記軸面に垂直で、光の発光領域に前記円筒放物面形状の焦点位置を含むように配置され、
前記光源基板の前記非発光素子実装部が、前記放熱板の前記密着部と前記放物面鏡の前記固定部とで挟持され、
前記光源は、青色発光ダイオードを前記発光素子として黄色蛍光物質による２次発光と混合させ白色を得る白色ＬＥＤであり、
前記青色発光ダイオードのチップの短軸方向が主走査方向と平行になるように配置したものである。
本発明の第２の観点に係る照明ユニットは、発光素子が主走査方向にアレイ状に配置された光源と、
主走査方向に延在する基板であって、前記光源が設けられる発光素子実装部と、前記主走査方向と垂直な方向に前記発光素子実装部から延びる非発光素子実装部とを有する光源基板と、
副走査方向に対して曲率を有する円筒放物面形状が、主走査方向に沿って前記円筒放物面形状の頂点に垂直な軸面で切り取られた形状をなし、前記円筒放物面形状の頂点に設けられ、前記頂点から前記円筒放物面形状の外側方向に延在する固定部を具備し、前記光源から放射された光を被照射体の照明領域に照射する放物面鏡と、
主走査方向に延在し、前記光源基板の前記発光素子が実装された面と反対の面に密着する密着部と非密着部とを有する放熱板とを備え、
前記光源は、光の発光方向の中心軸が前記軸面に垂直で、光の発光領域に前記円筒放物面形状の焦点位置を含むように配置され、
前記光源基板の前記非発光素子実装部が、前記放熱板の前記密着部と前記放物面鏡の前記固定部とで挟持され、
前記光源は、青色発光ダイオードを前記発光素子として黄色蛍光物質による２次発光と混合させ白色を得る白色ＬＥＤであり、
前記青色発光ダイオードのチップの前記放物面鏡の頂点側の辺を、前記放物面鏡の焦点位置と一致させるように配置したものである。

この発明によれば、概略平行光線による原稿の照明が可能であるため、原稿を効率よく照明できる。また、照明深度方向に対して、光量変化が小さいため、原稿との距離が離れても明るい画像を得ることができる。さらに、こうした照明ユニットを読取光学系の光軸に関してそれぞれ両側に配置することによって、照明深度が大きく、副走査方向にも一様な強度分布を持つ線状照明が得られる。

本発明の実施の形態１による画像読取装置を示す斜視図である。円筒放物面鏡の副走査方向断面形状に相当する放物面形状を示す図である。本発明の実施の形態１による照明ユニットの副走査方向断面の光路図である。本発明の実施の形態１による副走査方向照度分布の例である。本発明の実施の形態２による照明ユニットの副走査方向断面図である。青色発光ダイオードを発光源として黄色蛍光物質による２次発光と混合させて白色光を得る白色ＬＥＤの構造図である。（ａ）は、ＬＥＤの発光方向から、その中心軸に沿って見た図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。本発明の実施の形態３による照明ユニットの副走査方向断面図である。本発明の実施の形態３によるＬＥＤアレイの配列方向を示す図である。本発明の実施の形態３による副走査方向照度分布の例である。本発明の実施の形態４による照明ユニットの副走査方向断面図である。本発明の実施の形態４による副走査方向照度分布の例である。本発明の実施の形態５による照明ユニットの断面図である。本発明の実施の形態５による円筒放物面ブロックと光線の詳細図である。本発明の実施の形態６による画像読取装置を示す斜視図である。本発明の実施の形態６による副走査方向断面の光路図である。本発明の実施の形態７による副走査方向断面の光路図である。本発明の実施の形態７による副走査方向照度分布の例である。本発明の実施の形態８による照明ユニットの断面図である。本発明の実施の形態９による照明ユニットの副走査方向断面図である。本発明の実施の形態１０による照明ユニットの斜視図である。本発明の実施の形態１０による主走査方向端部の照度分布を示す図である。本発明の実施の形態１１による画像読取装置を示す斜視図である。本発明の実施の形態１１による照明ユニットの副走査方向断面図である。本発明の実施の形態１２による照明ユニットの副走査方向断面図である。本発明の実施の形態１２による画像読取装置の副走査方向断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による画像読取装置を示す斜視図である。画像読取装置は、天板ガラス３、照明ユニット２、撮像光学系１などで構成される。天板ガラス３は、原稿７などの読取対象物（被照射体）を保持するための透明なガラス板である。照明ユニット２は、原稿７の表面に線状照明を行うユニットである。撮像光学系１は、原稿７からの光を、撮像素子４０に結像するためのユニットである。

ここで、理解容易のため、撮像素子４０の電気的走査により原稿７を走査する方向を主走査方向１１とし、原稿７が画像読取装置に対して相対的に移動する方向を副走査方向１２とし、主走査方向１１および副走査方向１２に垂直な方向を深度方向１３とする。ここで、深度方向１３は、天板ガラス３から原稿７が離れる方向を＋方向とする。

本実施形態では、原稿７を固定した状態で、画像読取装置が移動して原稿走査を行う構成を示しているが、逆に、画像読取装置を固定した状態で、原稿７をドラム搬送等で移動して原稿走査を行う構成でもよい。

撮像光学系１は、原稿７から撮像素子４０へ向かう光路に沿って配置され、レンズアレイ、縮小光学系等で構成される。撮像素子４０は、基板４に実装され、光電変換する光電変換回路及びその駆動部からなるＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅＩｍａｇｅＳｅｎｓｏｒ）等のラインセンサである。

照明ユニット２は、天板ガラス３と撮像光学系１との間に設置され、天板ガラス３の上方に位置決めされた原稿７に光を照射して、原稿７の表面にｘ方向に沿った読取ライン８に沿った線状照明を行う。

また、照明ユニット２は、ＬＥＤアレイ２２０と、ＬＥＤ基板２３０と、円筒放物面鏡２０とで構成される。ＬＥＤアレイ２２０は、主走査方向に直線状に並べた、ＬＥＤ光源であるＬＥＤチップ２１０により構成される。ＬＥＤ基板２３０は、ＬＥＤアレイ２２０の実装された基板である。円筒放物面鏡２０は、ＬＥＤアレイ２２０から出射された光を、概略平行光線にして読取ライン８に向け照明光を照射する円筒型の凹面鏡である。

円筒放物面鏡２０は、副走査方向１２に曲率を持ち、主走査方向１１には曲率を持たない。図２に、円筒放物面鏡２０の副走査方向断面形状に相当する放物面形状を示す。図２では、放物面の頂点２４、即ちｙ＝０、ｚ＝０の接線方向をｙ方向、垂線方向をｚ方向としている。放物面は次の式（式１）で与えられ、ｆが焦点距離であり、ｙ＝０、ｚ＝ｆが円筒放物面焦点位置２３である。

また、円筒放物面鏡２０は、図２に示すように、放物面をｙ＝０で分け、ｙ方向＋側を半円筒放物面ｙ＋２１、ｙ方向−側を半円筒放物面ｙ−２２としたとき、半円筒放物面ｙ＋２１のみで形成される。ここで、ｚ軸を放物面の軸と呼び、放物面の軸を含みｙ軸に直交する面を円筒放物面軸面２５と呼ぶ。

図３に、本発明の実施の形態１による副走査方向断面の光路図を示す。図３では、撮像光軸１０１に対し、片側に照明ユニット２を配置している場合を示している。照明ユニット２は、撮像光軸１０１との干渉を避けるため、一般に、照明光軸１０２は撮像光軸１０１から傾ける必要がある。さらに、照明ユニット２と撮像光学系１の組立誤差もあることから、照明領域１０４は副走査方向１２に広がった領域になり、さらに、ブック原稿、原稿のしわ、浮きに対応するため、焦点深度を大きくすると、深度方向１３にも照明領域１０４が広がる。そのため、照明ユニット２では、副走査方向１２にある程度幅があり、かつ均一な、概略平行光線が必要である。さらに、副走査方向１２にある程度の幅を確保すると、照度が下がり、読取速度が遅くなるため、ＬＥＤ光の利用効率を向上させる必要がある。

そこで、本発明の実施の形態１では、ＬＥＤ発光領域２１８が、円筒放物面焦点位置２３を含む位置に配置される。円筒放物面焦点位置２３から出射された照明光線１０３は、円筒放物面鏡２０により反射され、平行光線として、天板ガラス３を透過し、照明領域１０４に達する。ＬＥＤの発光方向の中心軸１０５が円筒放物面軸面２５に垂直な方向に配置される。ＬＥＤの発光方向の中心軸１０５では、ＬＥＤの発光強度が最大値となるため、ＬＥＤ光を効率よく円筒放物面鏡２０に入射することができる。

従って、この構成により、効率よく平行光に近い照明光が得られるため、原稿７を効率よく照明できると共に、照明深度方向に対して、光量変化を小さくすることができる。そのため、原稿７と天板ガラス３との距離が離れても明るい画像を得ることができる。

図４は、本発明の実施の形態１における副走査方向照明照度分布を示す。図４（ａ）は、図３で示したような、撮像光軸１０１に対し、片側に照明ユニット２を配置している場合の副走査方向照度分布を示す。片側の照射ユニットのみの照明では、副走査方向照度分布は、副走査方向１２に対して、非対称な分布になり、撮像光軸１０１と照明光軸１０２が組立誤差等によりずれた場合、撮像光軸１０１上の照度が変化する。これに対し、図４（ｂ）は、図１に示したように、撮像光軸１０１に対して両側に照明ユニット２を配置した場合の副走査方向照度分布を示す。副走査方向照度分布は、両側の照明ユニット２からの照明光の足し合わせになるため、副走査方向１２に対して、対称な照度分布となる。

従って、この構成により、両側の照明ユニットの光軸の交差位置の設定により、深度方向の照度変化を制御できる。
なお、両側の照明ユニットの照度分布を、撮像光軸１０１に関して対称に設定するとさらに良い。

ここで、例えば、照明領域１０４のサイズを副走査方向に１ｍｍ、深度方向に８ｍｍとすると、照明光軸１０２の撮像光軸１０１の傾きθを２０°〜３０°とすると、円筒放物面鏡２０の焦点距離ｆは、１０ｍｍから２０ｍｍ程度が適当である。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２による照明ユニットの副走査方向断面図である。本発明の実施の形態２では、円筒放物面鏡２０とＬＥＤ基板２３０を位置決めピン２３１を用いて、位置あわせをする。これにより、円筒放物面鏡２０とＬＥＤ発光領域２１８の位置関係を正確に合わせることができる。その結果、照明光の平行性が保たれると共に、照明方向のばらつきも抑制でき、読み取りの明るさばらつきを低減できる。

実施の形態３．
図６は、青色発光ダイオードを発光源として黄色蛍光物質による２次発光と混合させることにより白色光を得る白色ＬＥＤの構造図である。白色ＬＥＤは、ＬＥＤパッケージ２１１の中に窪みがあり、青色発光ダイオード２１２が実装されており、その周囲に窪みを満たすように黄色蛍光物質２１３が充填されている。青色発光ダイオード２１２から放出された光は、一部がそのままＬＥＤパッケージ２１１の外に放出され、白色光を構成する青色光となる。また、青色発光ダイオード２１２から放出された光の他の一部は、黄色蛍光物質に吸収され、黄色蛍光物質は、緑色から赤色の領域の光を放出する。これらが、白色光を構成する、緑色から赤色の光となる。従って、青色の発光領域は、青色発光ダイオード２１２の領域となり、緑色から赤色の発光領域は、黄色蛍光物質全域となる。すなわち、青色の光と緑色から赤色の光とで発光領域が異なる。

円筒放物面鏡２０を用いて、より発散性の少ない平行光線を作り出すためには、発光領域の中心を円筒放物面焦点位置２３に一致させると良い。しかし、上記の様に青色の光と緑色から赤色の光とで発光領域が異なると、波長によって円筒放物面焦点位置２３を変える必要があるが、そのような構成を実現することは困難である。

一方、発明者らの観測では、青色発光ダイオード２１２周辺に黄色蛍光物質強発光領域があることがわかった。従って、緑色から赤色の光の発光領域は、青色発光ダイオード２１２の周辺部と考えてよく、効率よく、全ての波長の光を平行光線にするためには、青色発光ダイオード２１２の発光領域を基準とすればよいのと結論に至った。

図７は、本発明の実施の形態３による照明ユニットの副走査方向断面図である。図６に示したＬＥＤチップを使用した場合、照明深度を大きくするため、照明領域１０４には、副走査方向１２に幅の広い照度分布を有する光を照射する必要がある。このためには、広い発光領域幅の光源を用いるのが良く、図８に示すようにＬＥＤアレイ２２０にてＬＥＤチップ２１０を配列する方向は、青色発光ダイオード長軸２１５を円筒放物面鏡軸面方向と一致せるとよい。

図９は、青色発光ダイオード２１２の中心を円筒放物面鏡焦点位置２３と一致させた場合の天板ガラス３上での副走査方向の照度分布の計算例である。図９（ａ）は、副走査方向の分布を示し、図９（ｂ）は、副走査方向が照明領域の中心での深度方向の照度変化を示している。青色発光ダイオード長軸２１５を円筒放物面鏡軸面方向と一致せることで、副走査方向の照度ピークが比較的フラットになり、副走査方向の照明幅を広げられる。このとき、天板ガラス上８ｍｍで照明照度は、天板ガラス面上（０ｍｍ）の照明照度に比べ、３５％程度の低下で収まっている。

このような構成によれば、青色の光と緑色から赤色の光とでの副走査方向照度分布の深度方向変化を低減できる。その結果、色むらを抑制できる。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４による照明ユニットの副走査方向断面図である。本実施の形態４は、前述の実施の形態３に比べ、さらに照明深度方向の照明照度の低下を抑制する構成である。図１０では、円筒放物面鏡焦点位置２３を青色発光ダイオード２１２の円筒放物面鏡頂点２４側の辺を一致させる構成にした。

このような構成では、青色発光ダイオード２１２の円筒放物面鏡頂点２４側の辺から放出された光線は、円筒放物面鏡２０により平行光線にされ、照明領域１０４に導かれる。一方、青色発光ダイオード２１２の円筒放物面鏡頂点２４逆側の辺から放出された光線は、円筒放物面鏡２０で、照明光軸１０２より副走査方向に傾いた光線１０６となり、照明領域１０４に導かれる。その結果、副走査方向の照度分布は、図１１（ａ）に示すように、副走査方向＋側の勾配が緩やかになる。

ここで、深度方向に天板ガラス３上から遠くなるほど、照明光軸角θに従い、副走査方向分布のピーク照度位置が副走査方向＋方向に移動する。そのため、照明ユニット２の位置および照明光軸角θを適切に設定することにより、図１１（ａ）のように、撮像光軸１０１上で深度方向の各位置、図１１（ａ）では、０ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍでの照度を一致させることができる。その結果、図１１（ｂ）に示すように、天板ガラス上８ｍｍで照明照度を、天板ガラス面上（０ｍｍ）の照明照度に比べ、ほぼ同等にすることができる。

従って、この構成により、副走査方向の照明照度分布を非対称に鈍らせることができるので、発光領域が異なることに起因する青色の光、及び緑色から赤色の光の深度方向の副走査方向の照明照度分布の変化量をさらに小さくできる。

実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５による照明ユニットの断面図である。本発明の実施の形態５に係る照明ユニットは、円筒放物面鏡として、透明樹脂等で成型された中実ブロックである円筒放物面ブロック３０を用いる。実施の形態１同様、円筒放物面焦点位置２３は、ＬＥＤ発光領域２１８にある。ＬＥＤチップ２１０から放出された光は、円筒放物面鏡２０に向け、円筒放物面ブロック入射面３１から円筒放物面ブロック３０に入射され、円筒放物面鏡２０で内面反射し、概略平行光線として、円筒放物面ブロック出射面３２から照明領域１０４に照射される。

図１３に、円筒放物面ブロック３０と光線の詳細図を示す。円筒放物面ブロック入射面３１は、円筒放物面軸面２５と平行で、かつ、ＬＥＤチップ２１０の発光方向の中心軸１０５と垂直に配置した場合を考える。円筒放物面ブロック３０は、樹脂等で成型されたものであるため、空気より屈折率が高い。そのため、ＬＥＤ発光領域２１８から放出された光は、円筒放物面ブロック３０に入射する際、円筒放物面ブロック入射面３１でＬＥＤチップ２１０の発光方向の中心軸１０５方向に屈折する。その結果、円筒放物面ブロック３０発散角が狭くなった状態となり、円筒放物面鏡２０に到達する。

従って、図５に示した空気中に配置された円筒放物面鏡２０よりも多くの光線が円筒放物面鏡２０に到達し、概略平行光線として反射できるので、ＬＥＤ光をさらに効率よく利用できる。さらに、円筒放物面ブロック出射面３２は、図１３に示すように、円筒放物面鏡２０で反射された光線と概略平行な面と概略垂直な面で構成されたプリズム形状に成型することで、円筒放物面鏡２０で反射された光線の角度を変えずに光線を出射することができる。

実施の形態６．
図１４は、本発明の実施の形態６による画像読取装置を示す斜視図である。画像読取装置は、天板ガラス３、照明ユニット２、撮像光学系１などで構成される。天板ガラス３は、原稿７などの読取対象物を保持するための透明なガラス板である。照明ユニット２は、原稿７の表面に線状照明を行うユニットである。撮像光学系１は、原稿７からの光を、撮像素子４０に結像するためのユニットである。

本実施形態では、照明ユニット２は、ＬＥＤアレイ２２０と、ＬＥＤ基板２３０と、導光板４００と、円筒放物面鏡２０とで構成される。ＬＥＤアレイ２２０は、主走査方向に直線状に並べた、ＬＥＤ光源であるＬＥＤチップ２１０により構成される。ＬＥＤ基板２３０は、ＬＥＤアレイ２２０の実装された基板である。導光板４００は、ＬＥＤアレイ２２０から出射された光を、円筒放物面鏡２０に導く。円筒放物面鏡２０は、導光板４００からの出射光、すなわちＬＥＤチップ２１０から出射された光であって導光板４００を介したものを概略平行光線にして読取ライン８に向け照明光を照射する円筒型の凹面鏡である。

図１５に、本発明の実施の形態６による副走査方向断面の光路図を示す。ＬＥＤ発光領域２１８は、導光板４００の片側端面である導光板入射面４０１に近接して配置する。導光板４００は、主走査方向に伸延した板状の透明材料で構成された平行平面基板であり、ＬＥＤチップ２１０に近接する面と対向する面、即ち導光体出射面４０２を、円筒放物面焦点位置２３を含む位置に配置する。円筒放物面焦点位置２３近傍の導光板出射面４０２から出射された照明光線１０３は、円筒放物面鏡２０により反射され、概略平行光線として、天板がガラス３を透過し、照明領域１０４に達する。ここで、照明ユニット２は、撮像光軸１０１との干渉を避けるため、一般に、照明光軸１０２は撮像光軸１０１から傾ける必要がある。さらに、照明ユニット２と撮像光学系１の組立誤差もあることから、照明領域１０４は副走査方向１２に広がった領域になり、さらに、ブック原稿、原稿のしわ、浮きに対応するため、焦点深度を大きくすると、深度方向１３にも照明領域１０４が広がる。そのため、照明ユニット２では、副走査方向１２にある程度幅があり、かつ均一な、概略平行光線が必要である。

ここで、本実施の形態６における照明ユニット２では、円筒放物面鏡２０の焦点距離や、照明光軸１０２の撮像光軸１０１の傾きθに加えて、導光板出射面４０２の円筒放物面鏡軸面方向の幅の組み合わせで、副走査方向１２の照明幅を設定することができる。実施の形態１から５では、ＬＥＤの発光領域の大きさが副走査方向１２の照明幅に直接関係していたが、本実施の形態６では、ＬＥＤの発光領域の大きさに関係なく、副走査方向の照明幅を設定することができる。即ち、青色発光ダイオードを発光源として黄色蛍光物質による２次発光と混合させて白色光を得る白色ＬＥＤにおいて、青色の光と緑色から赤色の光とで発光領域が異なっていても、導光板４００を用いることで、指向性の均一化を行うことができ、副走査方向の照明幅を一致させることができる。従って、深度方向の照度変化に対しても、青色の光と緑色から赤色の光とで同じ変化量にすることができる。

従って、この構成により、平行光に近い照明光が得られる。これにより、原稿を効率よく照明できると共に、撮像光学系の深度方向に対して、光量変化が小さいため、原稿との距離が離れても明るい画像を得ることができる。さらに、ＬＥＤ光源が青色発光ダイオードを発光源として黄色蛍光物質による２次発光と混合させて白色光を得る白色ＬＥＤである場合、発光領域が異なるために、青色の光と緑色から赤色の光とで指向性の違いが発生し得るが、導光板４００により、指向性の均一化を行うことができる。これにより、副走査方向の照度分布が深度方向に変化する量を光の色にかかわらず同じにすることができる。

なお、ＬＥＤ基板２３０、導光板４００は、円筒放物面鏡２０に対して、ぞれぞれ、位置決めピン２３１、導光板支持部４０５などで固定され、相互の位置関係を保っている。

実施の形態７．
図１６に、本発明の実施の形態７による副走査方向断面の光路図を示す。本実施の形態７では、導光板出射面４０２に近接して、導光板出射面４０２を覆う散乱体４１０が配設される。ここで、散乱体４１０は、薄板状のもので、樹脂等のシート面にエンボス加工、あるいはビーズ塗布加工が施されている。また、散乱体４１０として、導光板出射面４０２に直接エンボス加工、あるいはビーズ塗布加工を施したものが採用されても良い。

図１７に、散乱体４１０がない場合で、かつ、導光板４００の導光距離（入射面と出射面の距離）が短い場合の副走査方向照度分布（ａ）と深度方向の照度変化（ｂ）を示す。導光板４００では、ＬＥＤチップ２１０から出射された光を、導光面４０３で反射し、多数回の反射で、導光体出射面で光強度の均一化、出射光の指向性の平準化を行う。導光距離が短いと、導光面４０３での反射回数が少なく、導光体出射された光は、反射回数に応じた指向性分布を持つ。その結果、副走査方向照度文応は、図１７（ａ）に示すように、副走査方向に上記反射回数に応じた波打った分布になり、照明光は、副走査方向１２にやや広がりながら、深度方向１３へ進む。そのため、図１７（ｂ）に示すように、副走査方向0mm位置での深度方向１３の照度変化も波打った変化になる。そのため、天板ガラス３からの原稿面までの距離が連続的に変わる白紙の原稿であっても、照明照度が単調ではない変化をする。その結果、読取画像に濃淡分布が発生してしまう。

そこで、実施の形態７では、導光板出射面４０２に近接して、導光板出射面４０２を覆う配置で散乱体４１０が設けられるので、導光体出射光の指向性分布が、散乱体４１０によって緩和、あるいは概略一様拡散分布に変換される。そのため、散乱体４１０通過後の光は、平滑な指向性分布になる。図１７（ｃ）に示すように、副走査方向照度分布は、波打った分布ではなくなり、結果として、図１７（ｄ）に示すように、深度方向に単調な照度変化になる。これにより、天板ガラス３からの原稿面までの距離が連続的に変わる白紙の原稿であれば、単調な濃度変化として読取ることができる。このような、深度方向に対する単調な濃度変化であれば、簡単な補正で、元の原稿の濃淡分布を再現することができる。

実施の形態８．
図１８は、本発明の実施の形態８による照明ユニットの断面図である。本発明の実施の形態８による照明ユニットでは、円筒放物面鏡２０が透明樹脂等で成型された中実ブロックである円筒放物面ブロック３０と導光板４００とが一体成型される。実施の形態８と同様、円筒放物面焦点位置２３は、導光板４００の出射面４０２にある。ここで、導光体出射面４０２は、導光板４００と円筒放物面ブロック３０との結合位置に相当する。円筒放物面ブロック３０と導光板４００とは上述のように一体成型されているため、導光体出射面４０２は、物理的な面としては存在しない。ＬＥＤチップ２１０から放出された光は、導光板４００に入射され、導光板出射面４０２を経て円筒放物面鏡２０に向け、円筒放物面ブロック３０に入射される。円筒放物面鏡２０で内面反射した光線は、概略平行光線として、円筒放物面ブロック出射面３２から照明領域１０４に照射される。

円筒放物面ブロック出射面３２は、円筒放物面鏡２０で反射された光線と概略平行な面と概略垂直な面で構成されたプリズム形状に成型することで、円筒放物面鏡２０で反射された光線の角度を変えずに光線を出射することができる。

従って、この構成により、放物面鏡と導光板の出射口位置を一体成型により位置あわせが可能であるので、組み立てによるばらつきをなくすことが可能になる。

実施の形態９．
図１９は、本発明の実施の形態９による照明ユニットの副走査方向断面図である。本発明の実施の形態９では、ＬＥＤ基板２３０は、ＬＥＤチップ２１０が実装されている面のＬＥＤチップ２１０が実装されていない領域の一部またはすべての反射シート２３２を備える。この構成により、ＬＥＤチップ２１０から放射された光の内、円筒放物面鏡２０の焦点位置にないＬＥＤ発光領域からの照明光線１０６など、ＬＥＤ基板２３０に当たる光の一部を照明領域１０４に導くことができるので、原稿を効率よく照明できる。

ここで、反射シート２３２は、ＬＥＤチップ２１０から放射された光の波長を反射するものであればよく、アルミ板等の金属板、樹脂製の散乱シート等を用いることができる。なお、アルミ板等の金属板を用いた場合、ＬＥＤチップ２１０からの発熱を放熱する放熱体として作用させることもできる。

実施の形態１０．
図２０は、本発明の実施の形態１０による照明ユニットの斜視図である。実施の形態１０による照明ユニットでは、円筒放物面鏡２０の主走査方向両端に反射ミラー３００が設けられる。円筒放物面鏡２０は、主走査方向には曲率を持たない。そのため、反射ミラー３００がない場合、ＬＥＤアレイ２２０から放出された光線のうち主走査方向の成分は屈折せずに進行し、円筒放物面鏡２０の主走査方向端面から、照明ユニット２の外側に進行する。その結果、原稿７の読み取りライン８（図１参照）の主走査方向外側に到達し、照明光として有効に作用しないことになる。そこで、反射ミラー３００を設けることにより、円筒放物面鏡２０の主走査方向外側に進行する光を反射することで、原稿７の読み取りライン８に一部の光を戻すことで、照明光として有効に使用することができる。

図２１は、本発明の実施の形態１０による主走査方向端部の照度分布を示す図である。同図において、横軸は主走査方向で、対応するＬＥＤアレイ２２０のＬＥＤチップ２１０ａおよび主走査方向端部に配置される端部ＬＥＤ２１０ｂの位置を示している。反射ミラー３００がない場合、端部ＬＥＤ２１０ｂよりも外側に光が漏れる量が多いため、端部ＬＥＤ２１０ｂよりも内側で、主走査方向の照度が端部に向けて下がる。一方、反射ミラー３００があると、主走査方向外側に進行する光を反射することで、主走査方向端部の照明光量を増加できる。その結果、反射ミラー３００を設けることによって、反射ミラー３００がない場合に比べ、端部のＬＥＤ２１０ｂの近くまで、主走査方向照度が一定な領域を伸長できる。

従って、この構成により、主走査方向端部の照明光量を増加できるため、実効的に照明ユニットの主走査方向長さを短くできる。

実施の形態１１．
図２２は、本発明の実施の形態１１による画像読取装置を示す斜視図である。また、図２３は、本発明の実施の形態１１による照明ユニットの副走査方向断面図である。本発明の実施の形態１１による画像読取装置は、本発明の実施の形態１の照明ユニット２に放熱板を設けたものである。本実施の形態では、図２２、図２３に示すように、ＬＥＤ基板２３０のＬＥＤチップ２１０の実装面とは反対の面にアルミニウムなどの金属で形成された板状の放熱板５０が、ＬＥＤ基板２３０に密着して配置されている。また、円筒放物面鏡２０、ＬＥＤ基板２３０及び放熱板５０は結合用ネジ５１にて一体に結合している。

図２２に示すように、実施の形態１１による画像読取装置は、撮像光学系位置決め用突起１ａと、照明系用位置決め用突起５０ａと、撮像光学系位置決め穴５２ａと、照明系位置決め穴５２ｂとを備える。撮像光学系位置決め用突起１ａは、撮像光学系１に設けられる。照明系用位置決め用突起５０ａは、放熱板５０に設けられる。撮像光学系位置決め穴５２ａと、照明系位置決め穴５２ｂとは、構造支持板５２に設けられている。撮像光学系位置決め用突起１ａは撮像光学系位置決め穴５２ａに嵌合し、照明系用位置決め用突起５０ａは照明系位置決め穴５２ｂに嵌合する。これにより、撮像光学系１と照明ユニット２が固定される。

ＬＥＤ基板２３０のＬＥＤチップ２１０の実装面とは反対の面に放熱板５０がＬＥＤ基板２３０に密着して取り付けられている。これにより、ＬＥＤチップ２１０で発生した熱が効率よく放熱板５０に排熱されて、ＬＥＤチップ２１０の温度上昇が抑制される。その結果、照明ユニット及び画像読取装置の安定した動作が可能になる。

また、放熱板５０は、一部が筐体と接しているのみであり、大半の部分は筐体から離れているため、ＬＥＤチップ２１０の熱が筐体に伝達しない。したがって、筐体の底部に設けられている受光部が温度上昇することが無いので、感度良く受光部が原稿７の画像情報を受光することができる。

なお、本発明の実施の形態２〜１０の照明ユニット２に、本発明の実施の形態１１の放熱板５０が設けられてもよい。これによっても、同様の作用効果が得られる。

実施の形態１２．
図２４及び図２５は、それぞれ、本発明の実施の形態１２による照明ユニット及びこれを備える画像読取装置の副走査方向断面図である。実施の形態１２による画像読取装置は、天板ガラス３と、照明ユニット２と、第１レンズミラー５０７と、平面鏡５０８と、アパーチャー５０９と、開口部５１０と、第２レンズミラー５１１と、センサＩＣ５１２と、第１センサ基板５１３ａと、第２センサ基板５１３ｂと、信号処理ＩＣ（ＡＳＩＣ）５１４と、電子部品５１５と、筐体５１６と、底板５１７とを備える。

天板ガラス３は、文書やメディアなどの原稿７を支持する透明なガラス板である。照明ユニット２は、実施の形態１１による照明ユニット２と同様であり、原稿の表面に線状照明を行うユニットであり、ＬＥＤチップ２１０、ＬＥＤ基板２３０、放熱板５０及び円筒放物面鏡２０を備える。

ＬＥＤチップ２１０は、光を照射する光源である。ＬＥＤ基板２３０は、ＬＥＤチップ２１０が固定され、ＬＥＤチップ２１０に電流を供給するための配線が設けられる基板である。放熱板５０は、ＬＥＤチップ２１０の発する熱をＬＥＤ基板２３０を介して受け空気中に発散する。円筒放物面鏡２０は、天板ガラス３に支持される原稿の方向にＬＥＤチップ２１０の発する光を略平行光にして反射させる鏡面を有する。

第１レンズミラー（第１レンズとも呼ぶ）５０７は、原稿７からの散乱光を受光する凹型の第１レンズミラーである。平面鏡５０８は、第１レンズ５０７からの略平行光を受光し、反射させる。アパーチャー５０９は、平面鏡５０８からの略平行光を受光し、周囲を遮光して通過する光を制限する。開口部５１０は、アパーチャー５０９の表面又は近傍に設けられ、アパーチャー５０９が受光した光を透過させる開口が設けられる部分である。第２レンズミラー（第２レンズとも呼ぶ）５１１は、アパーチャー５０９からの通過光を受光し集光する凹型の第２レンズミラーである。

センサＩＣ５１２（受光部とも呼ぶ）は、開口部５１０を通過した第２レンズ５１１からの反射光を受光し、光電変換する光電変換回路及びその駆動部からなるＭＯＳ半導体構成のセンサＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）である。第１センサ基板５１３ａと第２センサ基板５１３ｂとは、センサＩＣ５１２を載置するセンサ基板であり、それぞれ図２５に示すように副走査方向に並べて配置される。信号処理ＩＣ（ＡＳＩＣ）５１４は、センサＩＣ５１２で光電変換された信号を信号処理するＩＣである。電子部品５１５は、センサ基板５１３に載置されたコンデンサ、抵抗器などである。筐体５１６は、センサＩＣやミラーで構成した結像手段である結像光学系が固定される中空の部材である。底板５１７は、レンズや筐体５１６が固定され、筐体５１６の底部開口を塞ぐ板状の部材である。

本発明の実施の形態１２による画像読取装置の光学系の動作について説明する。ＬＥＤチップ２１０からの光が円筒放物面鏡２０で反射され略平行光として原稿７に照射される。原稿７で反射された散乱光は、凹型の第１レンズ５０７にて、副走査方向の一方側（図２５においては、左方向）に傾斜させてコリメートした光として反射される。第１レンズ５０７からの光は、平面鏡５０８にて副走査方向の一方側に傾斜させて反射される。平面鏡５０８からの光は、アパーチャー５０９の窓（開口部５１０）に略平行光線束が照射される。さらに窓５１０から放射する光は第２レンズ５１１にて副走査方向の一方側に傾斜させて反射され、光束ごとにセンサＩＣ５１２に入射するので画像情報はセンサＩＣ５１２の受光面では倒立像となって結像する。

左側の照明ユニット２から照射されて被照射体である原稿７で反射された散乱光は、図２５に光路を示すように、副走査方向の他方側（図２５においては、左方向）に傾斜して、第１センサ基板５１３ａのセンサＩＣ５１２に入射する。右側の照明ユニット２から照射されて被照射体である原稿７で反射された散乱光は、図２５に示す光路を副走査方向に直交する面で対称にした光路をたどって、第２センサ基板５１３ｂのセンサＩＣ５１２に入射する。そのため、第１センサ基板５１３ａに載置されたセンサＩＣ５１２に入射する光路と、第２センサ基板５１３ｂに載置されたセンサＩＣ５１２に入射する光路とは交差しないので、光路の光線干渉を防ぐことができる。

本発明の実施の形態１２においては、本発明の実施の形態１１で説明した照明ユニット２を用いたが、本発明の実施の形態１乃至１０で説明した照明ユニットを用いても、同様の作用効果が得られる。

上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。

本出願は、２０１１年１０月２５日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む日本国特許出願２０１１−２３４０７９号に基づく優先権を主張するものである。この元となる特許出願の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。

１撮像光学系、１ａ撮像光学系位置決め用突起、２照明ユニット、３天板ガラス、４基板、７原稿、８読取ライン、１１主走査方向、１２副走査方向、１３深度方向、２０円筒放物面鏡、２１半円筒放物面ｙ＋、２２半円筒放物面ｙ−、２３円筒放物面焦点位置、２４円筒放物面頂点、２５円筒放物面軸面、３０円筒放物面ブロック、３１円筒放物面ブロック入射面、３２円筒放物面ブロック出射面、４０撮像素子、５０放熱板、５０ａ照明系位置決め用突起、５１結合用ネジ、５２構造支持板、５２ａ撮像光学系位置決め穴、５２ｂ照明系位置決め穴、１０１撮像光軸、１０２照明光軸、１０３照明光線、１０４照明領域、１０５発光方向の中心軸、２１０ＬＥＤチップ、２１１ＬＥＤパッケージ、２１２青色発光ダイオード、２１３黄色蛍光物質、２１４青色発光ダイオード短軸、２１５青色発光ダイオード長軸、２１６ＬＥＤパッケージトップ面、２１７黄色蛍光物質強発光領域、２１８ＬＥＤ発光領域、２１０，２１０ａ，２１０ｂＬＥＤチップ、２２０ＬＥＤアレイ、２３０ＬＥＤ基板、２３１位置決めピン、２３２反射シート、３００反射ミラー、４００導光板、４０１導光板入射面、４０２導光板出射面、４０３導光面、４０５導光板支持部、４１０散乱体、５０７凹型の第１レンズミラー（第１レンズ）、５０８平面鏡、５０９アパーチャー、５１０開口部、５１１凹型の第２レンズミラー（第２レンズ）、５１２センサＩＣ（受光部）、５１３センサ基板、５１３ａ第１センサ基板、５１３ｂ第２センサ基板、５１４信号処理ＩＣ（ＡＳＩＣ）、５１５電子部品、５１６筐体、５１７底板。

Claims

発光素子が主走査方向にアレイ状に配置された光源と、
主走査方向に延在する基板であって、前記光源が設けられる発光素子実装部と、前記主走査方向と垂直な方向に前記発光素子実装部から延びる非発光素子実装部とを有する光源基板と、
副走査方向に対して曲率を有する円筒放物面形状が、主走査方向に沿って前記円筒放物面形状の頂点に垂直な軸面で切り取られた形状をなし、前記円筒放物面形状の頂点に設けられ、前記頂点から前記円筒放物面形状の外側方向に延在する固定部を具備し、前記光源から放射された光を被照射体の照明領域に照射する放物面鏡と、
主走査方向に延在し、前記光源基板の前記発光素子が実装された面と反対の面に密着する密着部と非密着部とを有する放熱板とを備え、
前記光源は、光の発光方向の中心軸が前記軸面に垂直で、光の発光領域に前記円筒放物面形状の焦点位置を含むように配置され、
前記光源基板の前記非発光素子実装部が、前記放熱板の前記密着部と前記放物面鏡の前記固定部とで挟持され、
前記光源は、青色発光ダイオードを前記発光素子として黄色蛍光物質による２次発光と混合させ白色を得る白色ＬＥＤであり、
前記青色発光ダイオードのチップの短軸方向が主走査方向と平行になるように配置した照明ユニット。
発光素子が主走査方向にアレイ状に配置された光源と、
主走査方向に延在する基板であって、前記光源が設けられる発光素子実装部と、前記主走査方向と垂直な方向に前記発光素子実装部から延びる非発光素子実装部とを有する光源基板と、
副走査方向に対して曲率を有する円筒放物面形状が、主走査方向に沿って前記円筒放物面形状の頂点に垂直な軸面で切り取られた形状をなし、前記円筒放物面形状の頂点に設けられ、前記頂点から前記円筒放物面形状の外側方向に延在する固定部を具備し、前記光源から放射された光を被照射体の照明領域に照射する放物面鏡と、
主走査方向に延在し、前記光源基板の前記発光素子が実装された面と反対の面に密着する密着部と非密着部とを有する放熱板とを備え、
前記光源は、光の発光方向の中心軸が前記軸面に垂直で、光の発光領域に前記円筒放物面形状の焦点位置を含むように配置され、
前記光源基板の前記非発光素子実装部が、前記放熱板の前記密着部と前記放物面鏡の前記固定部とで挟持され、
前記光源は、青色発光ダイオードを前記発光素子として黄色蛍光物質による２次発光と混合させ白色を得る白色ＬＥＤであり、
前記青色発光ダイオードのチップの前記放物面鏡の頂点側の辺を、前記放物面鏡の焦点位置と一致させるように配置した照明ユニット。
請求項１又は２に記載の前記照明ユニットと、
前記被照射体の前記照明領域にて反射した光の散乱光を入射し、主走査方向に延在する受光部に前記被照射体の像を結像する撮像光学系と、
前記照明ユニット、前記撮像光学系および前記受光部を収納又は保持する筐体とを備え、
主走査方向に直交する副走査方向に相対的に前記被照射体を走査し、前記被照射体の画像情報を得る画像読取り装置において、
前記照明ユニットを、主走査方向に沿って前記撮像光学系の光軸の両側に配置した画像読
取装置。
前記照明ユニットから射出される光の照射方向が、前記撮像光学系の光軸に対して対称になるように前記照明ユニットを配置した請求項３に記載の画像読取装置。