JP6128897B2 - 照明装置および画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、分光特性調整手段を備えた照明装置および画像読取装置に関するものである。

従来、画像読取装置において、フィルムやイメージセンサ（撮像素子）といった撮像手段に結像光学系による被写体像を得る撮像装置と同様に、以下のような問題が生じていた。即ち、可視域以外の波長光、特に赤外光あるいは紫外光が撮像素子に到達すると、本来の被写体像に対して色味が変化してしまう（取得画像の演色性の低下）という問題である。

そこで、画像読取装置に用いられる被写体照明装置として、主走査端部入射型導光体の入射部と、光源との間に、赤外光を吸収するフィルムを挟み、赤外光の除去を行うことが知られる（特許文献１）。なお、赤外光を吸収する部材として、上記フィルムとは別に、赤外光を吸収するフィルタも知られる。

一方、光源として、特に近年、素子あたりの発光量の大きい高輝度ＬＥＤ（パワーＬＥＤ）が開発され、従来の発光ダイオード（以下ＬＥＤ）に比べ演色性が良い光源として、画像読取装置への適用が検討されている。

特許４４２４３３６号公報

しかしながら、特許文献１のようにフィルム状のフィルタでは、高輝度ＬＥＤ（パワーＬＥＤ）との併用において、ＬＥＤの発熱量の多さに対するフィルム素材の耐熱性に課題が残る。

特に、高速読み取りを行う複写機、複合機用の画像読取装置に用いられる照明装置では、従来使用されてきた高圧放電ランプに代わる大強度のものが求められており、対応するＬＥＤも低消費電力ながら発光強度が大きいものが求められる。例えば、素子１個当たり５０ルーメン以上の光束を出射するものが求められる。このような発光強度が大きいＬＥＤに対しては、特許文献１のようなフィルム状のフィルタでは、フィルム素材の耐熱性に課題が残ることとなる。

また、このような用途に用いられるパワーＬＥＤは、定格電流でのジャンクション温度が１２０℃を超えるものが多く、高圧放電ランプに比べ発熱量は少ないものの、従来のＬＥＤよりは高温になり、ＬＥＤ周囲の部品に対する耐熱性も求められる。この点からも、特許文献１のようにフィルム状のフィルタでは、課題が残る。

また、上記フィルム状のフィルタの替わりに赤外吸収フィルタを用いる場合には、その分光透過率特性が一般的に多層膜によるダイクロイックフィルタに比べ急峻でなく、吸収しきれない赤外成分が多く、必要な可視領域の光がより多く吸収されるという問題がある。特に、近年開発された高演色白色ＬＥＤを用いた場合、従来の白色ＬＥＤよりも赤外成分の比率が多いため、却って取得画像の演色性を低下させる恐れがある。

本発明の目的は、耐熱性および分光特性が改善された照明装置および画像読取装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一側面に係る照明装置は、光源と、該光源からの光を原稿に導光する導光体と、前記光源と前記導光体との間に配置される分光部と、を備え、前記分光部は、ガラス製の基材と、該基材の前記光源側の面に設けられ、赤外光を前記光源側に反射する多層膜と、を有し、前記光源は、前記多層膜にて反射した光を散乱させる散乱部を有し、前記散乱部は、第１の入射角で前記多層膜に入射して前記多層膜にて反射した光を散乱させ、該散乱した光の少なくとも一部を前記第１の入射角よりも小さい第２の入射角で前記多層膜に再入射させることを特徴とする。

また、上記照明装置を用いた画像読取装置も本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、耐熱性および分光特性が改善された照明装置および画像読取装置を提供することができる。

（ａ）、（ｂ）は本発明の実施形態に係る被写体照明装置における多層膜としての赤外反射膜の配置の適否を示す説明図、（ｃ）は異なる入射角に対応した多層膜によるダイクロイックフィルタの分光特性の説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る被写体照明装置の全体概略構成図である。 被写体照明装置を搭載した画像読取装置の要部概略図である。 被写体照明装置における導光体の断面図である。 光源としての白色発光ダイオードの分光特性を説明する図である。 （ａ）は第１の実施形態に係る被写体照明装置として、分光特性調整手段が導光部材（導光体）から離間していることを示す図、（ｂ）は比較例としての被写体照明装置を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る被写体照明装置の全体概略構成図である。 第２の実施形態に係る被写体照明装置として、分光特性調整手段が導光部材（導光体）に密着もしくは接着していることを示す図である。

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）
図３は、キャリッジ一体型画像読取装置（フラットベッドスキャナー）の要部概略図である。２０２は原稿台ガラスであり、その面上に原稿２０１が載置されている。２０７はキャリッジであり、後述する照明装置２０６、複数の反射ミラー２０３、原稿の読取領域の像を形成する結像光学系（結像レンズ）２０４、結像光学系によって形成された像を光電変換する撮像素子であるＣＭＯＳリニアセンサー２０５等を保持している。

不図示のモータなどにより、固定された原稿に対し、キャリッジ２０７を図に示す副走査方向へ走査し、原稿２０１の読取領域（図に示す主走査方向の長尺領域）における画像情報を２次元的に読み取っている。あるいは、キャリッジ２０７が副走査方向に固定された状態で、読取り対象の原稿２０１を副走査方向に搬送し、順次ライン状に読み取ることもできる。

即ち、結像光学系と、結像面で主走査方向に設けられる撮像素子と、を原稿の読取領域に対し副走査方向に相対移動する画像読取装置としては、原稿を固定させるタイプと、原稿を移動させるタイプがあり、本発明は両者のいずれにも適用するものである。

撮像素子であるＣＭＯＳリニアセンサー２０５に関しては、３つのラインセンサーを備え、原稿２０１の画像情報が結像光学系２０４により所定の倍率で結像される。３つのラインセンサーは、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色フィルタが設けられ、画像情報の赤、緑、青色成分を読取る。そして、ラインセンサーからのアナログ信号（アナログ情報）を、図示しないオペアンプを介した後、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号（ディジタル情報）に変換している。読み取られた画像情報は、不図示のインターフェイスを通じて外部機器であるパーソナルコンピューターなどに送られる。

（照明装置）
画像読取装置に用いられる照明装置２０６によって、原稿台ガラス２０２の面上が図３の紙面奥行き方向に長尺な領域で照明される、即ち主走査方向に長い略線状の読取領域が照明される。

図２で、１０１は光源である白色ＬＥＤ（発光ダイオード）、１０２は後に詳述する分光部としての分光特性調整手段、１０３は導光部材（導光体）であり、分光特性調整手段１０２は導光部材１０３から離間して光源側に設けられる。また、１０４はキャリッジの一部であり、このほかに不図示の光源基板や各部品を保持する部材を備える。

白色ＬＥＤ１０１から出射した光は、まず分光特性調整手段１０２を通過し、導光部材１０３へ入射する。ここで、ＣＭＯＳリニアセンサー２０５の３つのラインセンサーの内、ラインセンサー赤（Ｒ）センサに不要な赤外光が受光して色味が変化することを避けるため、後に詳述するが分光特性調整手段１０２で赤外光の遮蔽が行われる。

図２に示すように、導光部材１０３の長手方向（主走査方向）の一端面である入射面に入射した光は、導光部材１０３に備えられた拡散機能部位（導光部材１０３の長手方向における図４に示す下面３０２）によって部分的に拡散しつつ主走査方向へ伝搬する。拡散機能部位によって拡散した光の内、導光部材１０３内部での全反射側面による全反射の条件を満たさない入射角が小さい成分は、導光部材１０３の出射面（導光部材１０３の長手方向における図４に示す上面３０１）から出射することとなる。

本実施形態では、より多くの光が読取領域へ向かい、かつ主走査方向の光量分布が所望の分布になるよう、導光部材１０３の形状、また拡散機能部位の特性が調整されている。即ち、本実施形態では、原稿の読取領域である被照射部に対向する出射面３０１を主走査方向に伸びるシリンダ面、出射面３０１に対向する拡散機能部位である下面３０２を平面、出射面３０１と下面３０２を繋ぐ側面３０３を主走査方向に伸びる放物面としている。これにより、拡散機能部位で拡散された光は、効率良く被照射面に導かれ、良好な照明を行うことができる。

（高演色性白色パワーＬＥＤ）
本実施形態において、光源である白色ＬＥＤ（白色発光ダイオード）１０１は、蛍光剤を用いた一般に知られる白色パワーＬＥＤと呼ばれるものであって、更にパワーＬＥＤの中でも演色性を高めたタイプである高演色性ＬＥＤである。ここで、演色性とは、人工光源の性能を表わす指標の１つであり、物の色を自然光で見た状態に近い色で表現しうる性能を表わす。このような本実施形態における光源は、内部に単数または複数の発光点を有し、発光点で生成された青色光を蛍光体に照射し、蛍光によって生じる波長強度分布と合わせて白色光を出射するものである。

従来の白色パワーＬＥＤも、本実施形態における高演色性白色パワーＬＥＤも同様の原理であるが、図５に示すように、高演色性白色パワーＬＥＤでは、蛍光体の特性、使用量の差異から、特に約５００ｎｍより波長の長い成分が多い。このため、画像読取装置では不要な赤外光も多いのが特徴である。具体的には、波長７００ｎｍにおける相対強度比が一般的な白色ＬＥＤでは５％程度であるのに対し、本実施形態の高演色ＬＥＤでは１０％を超える。

（分光特性調整手段）
本実施形態における分光特性調整手段１０２は、図１（ａ）に示すように１ｍｍ厚の平板ガラスを耐熱性の良好な基材とし、該ガラス製の基材のＬＥＤ（光源）に対向する面に、少なくとも赤外光をＬＥＤ（光源）側に反射する多層膜を設ける。これにより、ＬＥＤから出射した光は、分光特性調整手段１０２によって、少なくとも赤外成分をカットされ、被照射部に赤外成分が到達する場合の拡散反射光による取得画像の色再現性の変化を防止もしくは抑制する。

ここで、不要な赤外光を透過させないように分光特性調整手段１０２として赤外反射の機能をもたせるとき、必要な可視光であって入射角の大きい可視光が分光特性調整手段によって透過されなくなることを防ぐ必要がある。即ち、図１（ｃ）に示すように、一般的に多層膜（本実施形態の多層膜も含む）による反射、透過を利用した分光特性調整手段では、入射角が大きくなる程、分光透過率特性が短波長側へずれる傾向があり、必要な可視光であって入射角の大きい可視光が透過しなくなり、照明光量の低下が生ずる。

具体的には、図１（ｃ）に示すように、本実施形態の多層膜分光調整手段は、入射角０゜では波長が約６７５ｎｍで半値（半分が反射）に対し、入射角２３゜では波長６４０ｎｍで半値となり、波長６７５ｎｍの可視光は殆ど透過しないことが分かる。

そこで、本実施形態では、必要な可視光であって大きい入射角（第１の入射角）の可視光（上述した波長６７５ｎｍの可視光など）を一旦光源に戻し、光源から入射角の小さい可視光（第１の入射角より小さい第２の入射角）として分光特性調整手段に再入射させるようにする。即ち、いわば図１（ｃ）の入射角が大きい場合（入射角が２３度）の特性曲線を入射角が小さい場合（入射角が０度）の特性曲線に近づけるようにする。

具体的には、図１（ａ）に示す構成を採ることで、必要な可視光であって入射角の大きい可視光をできるだけ光源に戻す。そして、光源におけるＬＥＤパッケージや光出射部に設けられた散乱部での拡散反射により、散乱された光の内で入射角の小さい光を利用し、いわば入射光の入射角変換を行い、入射角が小さい光が分光特性調整手段へ再入射し透過させるようにする。

ここで、図１（ａ）に示す構成に対し、図１（ｂ）に示す構成では、以下の問題が生ずる。即ち、反射した光はＬＥＤ（光源）側へと戻っていくが、図１（ａ）の配置よりも多層膜（反射面）からＬＥＤ（光源）までの距離が遠いために途中で吸収損失したり、ＬＥＤ（光源）の無い範囲へ出射する成分が増え、照明効率が落ちる懸念がある。

本実施形態では、構成する多層膜の膜数を増加させるという工程の増加によるコストアップにつながる方法を採用する場合に比べ、図１（ａ）に示す構成を採ることで比較的安価に不要な赤外光を透過させないようにすることができる。

更に、本実施形態では、図１（ａ）に示す構成を採ると共に、図６（ａ）に示すように、上記基材の反対側の面（導光部材１０３に対向する面）に、可視光に対する反射防止膜を設けることで、照明効率の低下を抑制するようにしている。なお、図６（ｂ）は、比較例としての図１（ｂ）を基に、基材の反対側の面（導光部材１０３に対向する面）に、可視光に対する反射防止膜を設けた場合を示す。

《第２の実施形態》
図７、図８に、本実施形態の画像読取用照明装置を示す。図７において、７０１は光源である白色ＬＥＤ（発光ダイオード）、７０２は分光特性調整手段、７０３は導光部材（導光体）、７０４はキャリッジの一部であり、この他に不図示の光源基板や各部品を保持する部材を備える。導光部材のほか、キャリッジ等の部位は、第１の実施形態と同様であるため、詳しい説明は割愛する。

図８で、本実施形態の分光特性調整手段７０２は、耐熱性の良好な基材として２ｍｍ厚の平板ガラスに対し、ＬＥＤ（光源）に対向する面に赤外光を反射する多層膜から成る赤外反射膜を設ける。また、基材の反対側の面（導光部材７０３に対向する面）に紫外光を反射する多層膜から成る紫外反射膜を設ける。そして、基材の反対側の面（導光部材７０３に対向する面）を、導光部材７０３に密着もしくは接着剤によって接着したものである。

本実施形態では、赤外光を反射する赤外反射膜を基材のＬＥＤ（光源）に対向する面に設けることで、第１の実施形態と同様の効果を奏する。即ち、不要な赤外光が抑制されると共に、入射角が大きいために反射された必要な波長領域の可視光が入射角を小さくして再入射することで照明効率の低下を抑制することができる。

更に、本実施形態では、基材に関して導光部材と対向する面に、紫外光を反射する紫外反射膜を設け、不要な紫外光を反射し不要な紫外光が導光部材側へ透過するのを防止もしくは抑制している。なお、この紫外反射膜に関しても、赤外反射膜に関して図１（ｃ）で示したのと同様に、入射角が大きくなる程、分光透過率特性が短波長側へずれる。そのため、意図するカット波長より短い光が透過する可能性があるが、一般的な白色ＬＥＤでは紫外光の強度は赤外光より小さく、不要な赤外光が洩れる（赤外反射膜の構成が適当でない場合）場合に比べてもその影響は小さい。

また、本実施形態では、導光部材に対向し紫外光をカットする多層膜が施された面は、導光部材と密着もしくは接着されていることにより、内面反射による光量損失を低減できる。また、ＬＥＤ（光源）とも導光部材とも対向しない側面は、第１の実施形態と同様に、光沢面とすることで、これらの面で光線が内面反射することにより分光特性調整手段の側面から光が漏れ、効率が低下することを防止もしくは抑制できる。

（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。例えば、分光特性調整手段は、基材の光源に対向する面と反対側（導光部材に対向する側）に、可視光に対する反射防止膜と、紫外線を反射する紫外反射膜と、を共に備えるようにしても良い。そして、この場合に反射防止膜、紫外反射膜の順に配列しても良いし、逆の順で配列しても良い。

また、上述した実施形態における多層膜の膜数は、３層以上３０層以下であって、より好ましくは５層以上２０層以下である。膜数が増えれば急峻な分光透過率特性が得られるが、コストアップとなるからである。

また、導光部材（導光体）も上述した実施形態に限らず、任意の構成が採用でき、例えば、出射面３０１に対し、入射面を図４の符号３０３の面でなく下面３０２とすることもできる。

また、基材としてのガラスの厚さは任意であり、上述した実施形態で示したものに限られない。

１０１・・発光ダイオード（ＬＥＤ）、１０２・・分光特性調整手段、１０３・・導光部材（導光体）、２０４・・結像光学系、２０５・・撮像素子

Claims (15)

1. 光源と、
   該光源からの光を原稿に導光する導光体と、
   前記光源と前記導光体との間に配置される分光部と、
   を備え、
   前記分光部は、ガラス製の基材と、該基材の前記光源側の面に設けられ、赤外光を前記光源側に反射する多層膜と、を有し、
   前記光源は、前記多層膜にて反射した光を散乱させる散乱部を有し、
   前記散乱部は、第１の入射角で前記多層膜に入射して前記多層膜にて反射した光を散乱させ、該散乱した光の少なくとも一部を前記第１の入射角よりも小さい第２の入射角で前記多層膜に再入射させることを特徴とする照明装置。
2. 前記多層膜は、前記第１の入射角で入射する可視光を前記光源側に反射することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記多層膜の分光特性は、入射光の入射角が大きくなるに従って短波長側へ変化することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記光源は、白色発光ダイオードである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、前記光源からの光が入射する入射面と、該入射面からの光が出射する第１の方向に長い出射面と、を有し、前記入射面は、前記導光体の前記第１の方向における一端に配置されてい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、前記入射面から入射した光の一部が全反射する側面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. 前記分光部は、前記基材の前記光源とは反対側の面に設けられ、可視光の反射を防止する反射防止膜を有す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. 前記分光部は、前記基材の前記光源とは反対側の面に設けられ、紫外線を反射する紫外反射膜を備え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. 前記基材の前記光源とは反対側の面は、前記導光体から離間してい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. 前記基材の前記光源とは反対側の面は、前記導光体に密着してい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. 前記分光部は、前記光源側の面とは異なる光沢面を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明装置。
12. 光源と、
    該光源からの光を原稿に導光する導光体と、
    前記光源と前記導光体との間に配置される分光部と、
    を備え、
    前記分光部は、ガラス製の基材と、該基材の前記光源側の面に設けられ、赤外光を前記光源側に反射する多層膜と、前記基材の前記光源とは反対側の面に設けられ、可視光の反射を防止する反射防止膜と、を有することを特徴とする照明装置。
13. 光源と、
    該光源からの光を原稿に導光する導光体と、
    前記光源と前記導光体との間に配置される分光部と、
    を備え、
    前記分光部は、ガラス製の基材と、該基材の前記光源側の面に設けられ、赤外光を前記光源側に反射する多層膜と、前記基材の前記光源とは反対側の面に設けられ、紫外線を反射する紫外反射膜と、を有することを特徴とする照明装置。
14. 光源と、
    該光源からの光を原稿に導光する導光体と、
    前記光源と前記導光体との間に配置される分光部と、
    を備え、
    前記分光部は、ガラス製の基材と、該基材の前記光源側の面に設けられ、赤外光を前記光源側に反射する多層膜と、前記光源側の面とは異なる光沢面と、を有することを特徴とする照明装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の照明装置と、
    前記原稿の像を形成する結像光学系と、
    前記原稿の像を光電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。