JP2004157213A

JP2004157213A - Image input apparatus

Info

Publication number: JP2004157213A
Application number: JP2002320818A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Hamada; 明佳濱田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image input device that can read an image of an original without any unevenness by illuminating an original face hardly having unevenness by using an LED array. <P>SOLUTION: The image input device is provided with an original illuminating device (10) irradiating the original face (4S) for reading the image of the original (4) with light. The original illuminating device (10) is provided with the LED array (1) substantially linearly arraying a plurality of LEDs, and an illumination optical system (2) for introducing a light flux emitted from the LED array (1) to the original face (4S). The illumination optical system (2) has the function of diffusing the light flux in an array direction of LEDs, and a function for condensing the light flux in the vertical direction to the array direction of LEDs. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像入力装置に関するものであり、例えば、パソコン等に接続して用いる画像入力機器（イメージリーダ，イメージスキャナ等）や画像形成装置（カラー又はモノクロのデジタル複写機，ファクシミリ等）の画像入力部を構成する画像入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像の入力や出力を行う機器においては、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）が様々な用途に用いられている。なかでも２次元画像の入力・出力を一方向の走査により行う機器には、複数個のチップ状ＬＥＤをほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイが、原稿照明装置，ＬＥＤプリンタヘッド等に光源として用いられている。しかしＬＥＤアレイには、ＬＥＤ毎の光量のバラツキ、環境変化（例えば温度変化）に伴う光量変化等が生じやすいという問題がある。このため、以下の特許文献１，２には、上記問題点を解消することを目的としたＬＥＤプリンタヘッドが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６１３０５７号公報
【特許文献２】
特許第２８１７１５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１，２記載のＬＥＤプリンタヘッドは、いずれもＬＥＤからの光を検出する受光素子を用いて、ＬＥＤの光量ムラ制御を行う構成になっている。このため、受光素子で得られる受光信号は、感光体（被照射面）上での照明ムラを必ずしも反映したものにはなっていない。したがって、ＬＥＤの光量ムラ制御で照明ムラを十分に抑えることは困難である。これはＬＥＤアレイを搭載した原稿照明装置についても同様である。
【０００５】
また、特許文献１，２記載のＬＥＤプリンタヘッドに用いられているＬＥＤアレイは、複数個のＬＥＤがほとんど隙間なくほぼ直線状に並べられた構成になっている。そして、市販の画像入力機器に用いられているＬＥＤアレイも同様の構成になっている。このため、今後ＬＥＤ単体の出力光量が著しく増大して（例えば現状の１．５倍以上）、使用するＬＥＤの必要個数が減少した場合には、ＬＥＤの間隔が広がるに伴って増大するライン照明のムラを光量ムラ制御により補正することは困難になる。従来のＬＥＤアレイにおいてこの点が大きな問題とされることがなかったのは、現実の光量不足とそれに見合った光量ムラを考慮するのが精一杯で、今後飛躍的に向上するＬＥＤ出力光量の増加を想定していなかったためである。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＬＥＤアレイを用いて原稿面をムラなくライン照明することにより、原稿の画像をムラなく読み取ることが可能な画像入力装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の画像入力装置は、原稿の画像を読み取るために原稿面に光を照射する原稿照明装置を備えた画像入力装置であって、前記原稿照明装置が、複数個のＬＥＤをほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイと、そのＬＥＤアレイから射出した光束を原稿面に導く照明光学系とを備え、前記照明光学系が、前記ＬＥＤの配列方向に光束を拡散させる機能と、前記ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向に光束を集光させる機能と、を有することを特徴とする。
【０００８】
第２の発明の画像入力装置は、上記第１の発明の構成において、前記照明光学系が前記ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向に光束を反射させる反射面を有することを特徴とする。
【０００９】
第３の発明の画像入力装置は、上記第１又は第２の発明の構成において、前記ＬＥＤの配列間隔が６．３５ｍｍ以上であるか、あるいは複数個のＬＥＤから成るＬＥＤ群の配列間隔が６．３５ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１０】
第４の発明の画像入力装置は、上記第１，第２又は第３の発明の構成において、前記照明光学系が複数の光学素子の組み合わせから成ることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明の画像形成装置は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明に係る画像入力装置と、その画像入力装置で入力された画像を出力する画像出力装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した画像入力装置を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本発明に係る画像入力装置の主要部構成例を示す。図１において、１はＬＥＤアレイ、２は照明光学系、３は原稿台、４は原稿、４Ｓは原稿面、５はブック反射鏡、６は読み取り光学系、７は撮像素子、８は画像処理装置、９は画像出力装置、１０は原稿照明装置である。この画像入力装置は、画像形成装置（カラー又はモノクロのデジタル複写機，ファクシミリ等）の画像入力部，単体の画像入力機器（イメージリーダ，イメージスキャナ等）等に相当するものである。そして、原稿（４）の２次元画像を読み取るために、原稿面（４Ｓ）に光をライン状に照射する原稿照明装置（１０）を備えており、原稿面（４Ｓ）で反射した光を用いて２次元画像の読み取りを行う構成になっている。その２次元画像の読み取りでは、原稿面（４Ｓ）に対するライン状照明の相対的な走査が、ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向に行われる。
【００１３】
原稿照明装置（１０）は、ＬＥＤアレイ（１），照明光学系（２）等で構成されている。そしてＬＥＤアレイ（１）は、基板（１ａ）上に複数個のＬＥＤがほぼ直線状（図１の紙面に対して垂直方向）に配列された構成になっている｛必要に応じＬＥＤ以外の発光素子を点光源とする発光素子アレイをＬＥＤアレイ（１）の代わりに用いてもよい。｝。ＬＥＤアレイ（１）から射出した光は、照明光学系（２）により、ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向にのみ集光してほぼ直線状（図１の紙面に対して垂直な１本のライン状）となる。そして、板ガラス製の原稿台（３）を透過した後、原稿面（４Ｓ）上でほぼ直線状の光源像を形成する。原稿面（４Ｓ）に照射された光は、原稿面（４Ｓ）で反射された後、再び原稿台（３）を透過する。そして、読み取り光学系（６）を通過することにより、撮像素子（７）の受光面上で結像する。ＬＥＤアレイ（１）から射出した光束のうち、照明光学系（２）に対する入射範囲外の光束の一部は、ブック反射鏡（５）で反射されて原稿面（４Ｓ）に照射される。ブック反射鏡（５）は、原稿（４）が冊子や本の形態になっている場合に、原稿台（３）から原稿（４）が浮き上がった地点で黒い影が発生しないように照明するためのミラーである。
【００１４】
読み取り光学系（６）により形成された光学像は、撮像素子（７）によって電気的な信号に変換される。撮像素子（７）としては、例えば複数の画素から成るＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサー等の固体撮像素子が用いられる。撮像素子（７）で生成した信号は、パソコン等の画像処理装置（８）において、必要に応じた所定のデジタル画像処理や画像圧縮処理等が施される。そして、デジタル映像信号としてメモリー（半導体メモリー，光ディスク等）に記録されたり、場合によってはケーブルを介したり赤外線信号に変換されたりした後、プリンタ等の画像出力装置（９）やその他の機器に伝送される。したがって、デジタル複写機，ファクシミリ等の画像形成装置は、上述した画像入力装置と、その画像入力装置で入力された画像を出力する画像出力装置（９）等（プリンタ等）との組み合わせにより構成される。
【００１５】
ここで、ＬＥＤアレイ（１）のＬＥＤ配列間隔と原稿面（４Ｓ）上でのライン照明のムラとの関係を、図２に基づいて説明する。図２中、ＰはＬＥＤ配列間隔、ＬはＬＥＤアレイ（１）から原稿面（４Ｓ）までの距離、Ｑは原稿面（４Ｓ）上での照度分布であり、照明光学系（２）は図示省略している。一般的なＬＥＤアレイ（１）では、図２（Ａ）に示すように、基板（１ａ）上に複数のＬＥＤ（１ｔ）がほとんど隙間なくほぼ直線状に配列されている。このため、ＬＥＤアレイ（１）から原稿面（４Ｓ）までの距離（Ｌ）が短くても、原稿面（４Ｓ）上で発生する照明ムラは小さなものとなる。しかし、今後ＬＥＤ（１ｔ）単体の出力光量が飛躍的に増大すると（例えば現状の１．５倍以上）、ＬＥＤ（１ｔ）の必要個数が減少するためにＬＥＤ（１ｔ）を間引く必要が生じる。その結果、出力光量の大きいＬＥＤ（１ｔ）の離散的配置（例えば、Ｐ≧６．３５ｍｍ）によって大きな照明ムラが発生してしまうことになる。つまり、ＬＥＤ（１ｔ）単体の出力光量の増大とＬＥＤ配列間隔（Ｐ）の増大に伴って、図２（Ｂ）に示すように照明ムラが増大してしまい、ＬＥＤ（１ｔ）の光量ムラ制御では補正することが困難になる。ＬＥＤアレイ（１）から原稿面（４Ｓ）までの距離（Ｌ）を大きくすれば、照明ムラを小さくすることは可能であるが、原稿照明装置（１０）の大型化を招いてしまう。
【００１６】
そこで本実施の形態では、図２（Ｃ）に示すように、ＬＥＤアレイ（１）と原稿面（４Ｓ）との間に、ＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に光束を拡散させる機能を持った拡散光学素子（Ｄ）を配置している。拡散光学素子（Ｄ）は照明光学系（２，図１）の一部として設けられ、例えばレンズ面やミラー面に加工を施すことにより構成される。拡散光学素子（Ｄ）の拡散機能により、原稿照明装置（１０）のライン発光の光量ムラが抑えられ、原稿面（４Ｓ）上で発生する照明ムラも小さくなる。しかも、ＬＥＤアレイ（１）から原稿面（４Ｓ）までの距離（Ｌ）を従来と同じ程度のままで、照明ムラを軽減することが可能である。したがって、原稿照明装置（１０）のコンパクト化と光量ムラの抑制を同時に達成することができる。なお、ＬＥＤ（１ｔ）の個数減少による低コスト化，省エネ等の経済的効果も得られる。
【００１７】
前述したように、照明光学系（２）はＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対して垂直な方向に光束を集光させる機能を有している。つまり、ＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対する垂直方向について、一方向性の収束性を有するレンズ，ミラー等で照明光学系（２）は構成される。拡散光学素子（Ｄ）が有する拡散機能も、上記集光機能と同様の方向性をＬＥＤ（１ｔ）の配列方向について有することになる。したがって、拡散光学素子（Ｄ）の例としては、屈折による発散機能を持ったレンズ面（ほぼシリンダ形状の曲面等）を複数有する微小レンズ群，反射による発散機能を持った反射面（ほぼシリンダ形状の曲面等）を複数有する微小ミラー群，一方向性の回折による発散機能を持った回折格子を複数有する微小回折格子群，一方向性の散乱機能を有するスリ面等が挙げられる。
【００１８】
また、ＬＥＤアレイ（１）から原稿面（４Ｓ）に至る光路中での拡散の有効性を考慮すると、照明光学系（２）における拡散位置に応じて、使用する拡散光学素子（Ｄ）を選択するのが好ましい。例えば、照明光学系（２）におけるＬＥＤアレイ（１）に近い部分に上記拡散機能を持たせる場合には、ＬＥＤ（１ｔ）毎に対応した曲面，回折格子等を拡散光学素子（Ｄ）として配置するのが望ましい。照明光学系（２）におけるＬＥＤアレイ（１）から離れた部分に上記拡散機能を持たせる場合には、すべてのＬＥＤ（１ｔ）をカバーする範囲の光学面（コンデンサレンズ面，コンデンサミラー面等）に散乱機能を持ったスリ面等を拡散光学素子（Ｄ）として配置するのが望ましい。
【００１９】
前述したようにＬＥＤアレイ（１）は、複数個のＬＥＤ（１ｔ）がほぼ直線状に配列された構成になっているが、同一発光色のＬＥＤ（１ｔ）から成る場合でも、互いに異なる発光色のＬＥＤ（１ｔ）の組み合わせから成る場合でも、上述した拡散光学素子（Ｄ）により得られる作用効果に変わりはない。図６（ｉ）に、各ＬＥＤ（１ｔ）として白色ＬＥＤ（Ｗ）のみを有するＬＥＤアレイ（１）を示す。また、図６（ｉｉ），（ｉｉｉ）に、赤色ＬＥＤ（Ｒ），緑色ＬＥＤ（Ｇ）及び青色ＬＥＤ（Ｂ）から成るＬＥＤ群（１ｕ）を有するＬＥＤアレイ（１）を示す。いずれの場合でも、ＬＥＤ（１ｔ，Ｒ，Ｇ，Ｂ）単体の出力光量の増大とＬＥＤ（１ｔ）又はＬＥＤ群（１ｕ）の配列間隔（Ｐ）の増大とに伴って、照明ムラは増大することになる。しかし、上記拡散光学素子（Ｄ）の拡散機能により原稿照明装置（１０）のライン発光の光量ムラが抑制されるため、原稿面（４Ｓ）上で発生する照明ムラは低減される。ＬＥＤ配列間隔（Ｐ）が大きいほど照明ムラは大きくなるので、拡散光学素子（Ｄ）により得られる効果も大きくなる。この観点から、ＬＥＤ（１ｔ）やＬＥＤ群（１ｕ）の配列間隔（Ｐ）は、６．３５ｍｍ以上であることが好ましい。また、ＬＥＤアレイ（１）から原稿面（４Ｓ）までの距離（Ｌ）は、ＬＥＤ（１ｔ）やＬＥＤ群（１ｕ）の配列間隔（Ｐ）の３〜４倍以上であることが好ましい。
【００２０】
上記原稿照明装置（１０）の光学構成を、以下に具体例を挙げて更に詳しく説明する。図３，図４に、複数個のＬＥＤ（１ｔ）を配列間隔６．３５ｍｍ（１／４インチ）以上でほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイ（１）と、そのＬＥＤアレイ（１）から射出した光束を原稿面（４Ｓ）に導く照明光学系（２）と、を備えたモジュール構造の原稿照明装置（１０）をそれぞれ示す。図３，図４において、（Ａ）はＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対して垂直な平面での断面図であり、（Ｂ）はＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対して平行な平面での断面図である。また、（Ａ）と（Ｂ）とは互いに直交する断面構造を示しており、図３（Ａ），図４（Ａ）に示す断面方向は図１に示す断面方向に相当している。なお、図３，図４に示す照明光学系（２）においては、前述した複数のＬＥＤ群（１ｕ）から成るＬＥＤアレイ（１）も適用可能である。
【００２１】
図３，図４に示す照明光学系（２）は、いずれも２枚組の色消し集光レンズ（Ｇ１，Ｇ２）から成っており、ＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に光束を拡散させる機能と、ＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対して垂直な方向に光束を集光させる機能と、を有している。光束の集光は、図３（Ａ），図４（Ａ）に示すようにＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対して垂直な方向に負のパワーを有する第１レンズ（Ｇ１）と正のパワーを有する第２レンズ（Ｇ２）とで行われ、その負・正の組み合わせにより色消し効果が得られる。一方、光束の拡散は、以下に説明するように図３（Ｂ）と図４（Ｂ）とで拡散作用の異なる第１レンズ（Ｇ１）により行われる。
【００２２】
図３に示す照明光学系（２）では、同図（Ｂ）に示すように、第１レンズ（Ｇ１）がＬＥＤ（１ｔ）と同数で対応する微小な凹レンズ面をＬＥＤアレイ（１）側に有しており、第２レンズ（Ｇ２）が自由曲面から成る正パワーのレンズ面を原稿面（４Ｓ）側に有している。各ＬＥＤ（１ｔ）から射出した光束は、第１レンズ（Ｇ１）の各凹レンズ面で発散してＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に広がった後、第２レンズ（Ｇ２）の自由曲面が持つコンデンサ機能によりＬＥＤアレイ（１）の中央寄りに集光される。ＬＥＤアレイ（１）の端部から射出した光束は、第１レンズ（Ｇ１）の負パワーによって原稿面（４Ｓ）の外側に向けた広がりを持つことになるが、その広がりは第２レンズ（Ｇ２）に設けられている自由曲面のコンデンサ機能によって抑えられる。したがって、光量の無駄が生じるのを防ぐことができる。結果として、照明光学系（２）から射出する光束は、ＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に拡散した状態で原稿面（４Ｓ）をムラなく照明することになる。
【００２３】
ここでは、複数の凹面から成る負パワーの微小レンズ群を前記拡散光学素子（Ｄ）とし、それによって光束をＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に拡散させているが、ＬＥＤ（１ｔ）毎に対応した屈折面を用いて光束を発散させる構成はこれに限らない。例えば、複数の凸レンズ面から成る正パワーの微小レンズ群によって、一旦結像した後の発散により光束をＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に拡散させるようにしてもよい。なお、微小レンズ群を構成する凸又は凹のレンズ面形状（シリンダ形状，球面形状，非球面形状等）は、前記集光機能等との関係により設定すればよい。
【００２４】
図４に示す照明光学系（２）では、同図（Ｂ）に示すように、第１レンズ（Ｇ１）がＬＥＤ（１ｔ）と同数で対応する微小な（一方向性の）回折格子をＬＥＤアレイ（１）側に有しており、第２レンズ（Ｇ２）が自由曲面から成る正パワーのレンズ面を原稿面（４Ｓ）側に有している。第２レンズ（Ｇ２）は、図３に示す照明光学系（２）と同じものであり、そのコンデンサ機能によって光量の無駄が生じないようにしている。各ＬＥＤ（１ｔ）から射出した光束は、第１レンズ（Ｇ１）の各回折格子で発散してＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に広がった後、第２レンズ（Ｇ２）の自由曲面が持つコンデンサ機能によりＬＥＤアレイ（１）の中央寄りに集光される。結果として、照明光学系（２）から射出する光束は、ＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に拡散した状態で原稿面（４Ｓ）をムラなく照明することになる。
【００２５】
ここでは、複数の回折格子から成る負パワーの微小回折格子群を前記拡散光学素子（Ｄ）とし、それによって光束をＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に拡散させているが、ＬＥＤ（１ｔ）毎に対応した回折格子を用いて光束を発散させる構成はこれに限らない。例えば、複数の正パワーの微小回折格子群によって、一旦結像した後の発散により光束をＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に拡散させるようにしてもよい。また、回折格子の周期は一定でない方が好ましい。周期のランダムな回折格子を用いる方が、カラー画像の読み取り再現性を色消し作用により効果的に向上させることが可能だからである。なお、第２レンズ（Ｇ２）の自由曲面は全体として（２枚組で）凹レンズの役割を果たすよう設計してもよい。また、ランダム周期で一方向性の回折格子を拡散光学素子（Ｄ）として自由曲面の表面全体に付加してもよい。
【００２６】
次に、照明光学系（２）に反射面を有する原稿照明装置（１０）を説明する。図５（Ａ）〜（Ｃ）に、複数個のＬＥＤ（１ｔ）を配列間隔６．３５ｍｍ（１／４インチ）以上でほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイ（１）と、そのＬＥＤアレイ（１）から射出した光束を原稿面（４Ｓ）に導く照明光学系（２）と、を備えた３つのタイプの原稿照明装置（１０）をそれぞれ示す。図５では、図１に示す画像入力装置における原稿照明装置（１０）から原稿面（４Ｓ）までの部分を具体化し、ＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対して垂直な平面での断面で示している。また、前述したブック反射鏡（５）等の部分については図示省略している。なお、図５に示す照明光学系（２）においては、前述した複数のＬＥＤ群（１ｕ）から成るＬＥＤアレイ（１）も適用可能である。
【００２７】
図５（Ａ）に示す照明光学系（２）は１枚のミラー（Ｍ０）から成っており、図５（Ｂ）に示す照明光学系（２）は２枚のミラー（Ｍ１，Ｍ２）から成っており、図５（Ｃ）に示す照明光学系（２）は２枚のミラー（Ｍ１，Ｍ２）と１枚のレンズ（Ｇ０）から成っている。いずれもＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に光束を拡散させる機能とＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対して垂直な方向に光束を集光させる機能とを有する点で、図３，図４に示す各照明光学系（２）と同様の作用効果を奏する。光束の集光は、ＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対して垂直な方向の正パワーにより行われる。例えば、図５（Ａ）の照明光学系（２）ではミラー（Ｍ０）の正パワーにより集光が行われ、図５（Ｂ）の照明光学系（２）では第１，第２ミラー（Ｍ１，Ｍ２）の正パワーにより集光が行われ、図５（Ｃ）の照明光学系（２）ではレンズ（Ｇ０）と第１，第２ミラー（Ｍ１，Ｍ２）の正パワーにより集光が行われる。
【００２８】
一方、光束の拡散は照明光学系（２）のいずれかの面に付加された前記拡散光学素子｛Ｄ，図２（Ｃ）｝により行われる。例えば、複数の微小な凸反射面から成る負パワーの微小ミラー群｛図３（Ｂ）の微小レンズ群に相当する。｝、複数の微小な回折格子から成る負パワーの微小回折格子群｛図４（Ｂ）の微小回折格子群に相当する｝等が、正パワーのコンデンサ反射面｛図３（Ｂ）や図４（Ｂ）に示す自由曲面から成る正パワーのコンデンサレンズ面に相当する｝等と組み合わされて用いられる。図５（Ａ）の照明光学系（２）の場合、微小ミラー群又は微小回折格子群とコンデンサ反射面との複合反射面を有するミラー（Ｍ０）を用いる。図５（Ｂ），（Ｃ）の照明光学系（２）の場合、微小ミラー群又は微小回折格子群を反射面に有する第１ミラー（Ｍ１）を用い、コンデンサ反射面を有する第２ミラー（Ｍ２）を用いる。また、図５（Ｃ）の照明光学系（２）の場合、微小レンズ群又は微小回折格子群をレンズ面に有するレンズ（Ｇ０）を用い、コンデンサ反射面を有する第２ミラー（Ｍ２）を用いてもよい。
【００２９】
図５（Ａ）に示す照明光学系（２）はミラー（Ｍ０）１枚から成っているため、構成が簡単で低コスト化が容易である。図５（Ａ），（Ｂ）に示す照明光学系（２）の場合、すべての光学素子がミラー（Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２）で構成されているため、色収差が発生しないというメリットがある。図５（Ｃ）に示す照明光学系（２）のようにレンズ（Ｇ０）を含めると、第１ミラー（Ｍ１）にかかるパワー負担を弱くしたり無くしたりすることが可能となり、結果としてコンパクト化に寄与することができる。ただし、レンズ（Ｇ０）を使用することにより発生する色収差を抑えるために、パワーの弱いレンズ（Ｇ０）を用いることが望ましい。
【００３０】
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す照明光学系（２）は、いずれもＬＥＤアレイ（１）から射出した光束を、ミラー（Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２）の反射面でＬＥＤ（１ｔ）の配列方向に対して垂直な方向に反射させる構成になっている。このように反射面を用いると、反射面数が多いほど光学配置の自由度が高くなり、原稿照明装置（１０）のコンパクト化も容易になる。これは、図５（Ｂ），（Ｃ）に示す各照明光学系（２）が、図５（Ａ）に示す照明光学系（２）に比べて高さ方向のサイズが短縮されて、原稿照明装置（１０）全体がコンパクト化されていることからも明らかである。また、上記のように反射面を用いることにより、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す各照明光学系（２）のように、ＬＥＤアレイ（１）が水平下方向に向くような光学配置をとることも可能となる。
【００３１】
図３〜図５に示す原稿照明装置（１０）の構成によると、個別のＬＥＤ出力光量が増えてＬＥＤ（１ｔ）の使用個数が減っても、シェーディングのない線状の照明光が得られる。したがって、ＬＥＤアレイ（１）から原稿面（４Ｓ）までの距離（Ｌ，図２）を現状とほとんど変えずに、原稿面（４Ｓ）をムラなくライン照明することができる。そして、各原稿照明装置（１０）を搭載した画像入力装置を用いることにより、原稿（４）の画像をムラなく読み取ることが可能となる。また、ＬＥＤアレイ（１）から原稿面（４Ｓ）までの距離（Ｌ）を変える必要がないので、想定される個々のＬＥＤ（１ｔ）の出力光量が増加した分を、そのままＬＥＤ（１ｔ）の個数削減に直結させることができる。その結果、大きな経済的効果（安価，省エネ等）を得ることができる。また、各光学面がアナモフィカルに加工された複数の光学素子の組み合わせによって各照明光学系（２）が構成されているため、光学素子の数を最小限に抑制することができて経済的である。
【００３２】
以上説明した原稿照明装置（１０）は、画像入力装置以外の機器においても照明装置又はその一部としての使用が可能である。例えば長尺蛍光管や長尺ハロゲンランプを光源とする照明装置に、上記原稿照明装置（１０）を線状光源装置として用いれば、ムラのない照明を低コストかつコンパクトに行うことができる。そのような照明装置としては、例えばＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）等の非発光型表示素子に用いるバックライトやフロントライトが挙げられる。したがって、上述した各実施の形態は、以下の構成を有する発明（Ｉ）〜（ＩＶ）を含むものであり、その構成により、ＬＥＤアレイを用いて被照射面をムラなくライン照明することが可能な光源装置を提供することができる。
【００３３】
（Ｉ）照明用の線状光源像を形成する光源装置であって、複数個のＬＥＤをほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイと、そのＬＥＤアレイから射出した光束を被照射面に導く照明光学系とを備え、前記照明光学系が、前記ＬＥＤの配列方向に光束を拡散させる機能と、前記ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向に光束を集光させる機能と、を有することを特徴とする光源装置。
（ＩＩ）前記照明光学系が前記ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向に光束を反射させる反射面を有することを特徴とする上記（Ｉ）記載の光源装置。
（ＩＩＩ）前記ＬＥＤの配列間隔が６．３５ｍｍ以上であるか、あるいは複数個のＬＥＤから成るＬＥＤ群の配列間隔が６．３５ｍｍ以上であることを特徴とする上記（Ｉ）又は（ＩＩ）記載の光源装置。
（ＩＶ）前記照明光学系が複数の光学素子の組み合わせから成ることを特徴とする上記（Ｉ），（ＩＩ）又は（ＩＩＩ）記載の光源装置。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、照明光学系がＬＥＤの配列方向に光束を拡散させる機能を有するため、ＬＥＤアレイを用いて原稿面をムラなくライン照明することができる。したがって、原稿の画像をムラなく読み取ることが可能な画像入力装置を実現することができ、本発明に係る画像入力装置を画像出力装置との組み合わせで用いれば、安価で小型の画像形成装置（デジタル複写機，ファクシミリ等）を提供することができる。照明ムラの低減効果は、ＬＥＤやＬＥＤ群の配列間隔が６．３５ｍｍ以上の場合により顕著なものとなる。また、ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向に光束を反射させる反射面を照明光学系に用いると、原稿照明装置を容易にコンパクト化することが可能となり、複数の光学素子の組み合わせにより照明光学系を構成すると、光学素子の数を最小限に抑制することができて経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像入力装置の主要部構成例を示す概略断面図。
【図２】原稿照明装置によるライン照明のムラとその解消を説明するための図。
【図３】微小レンズ群を有する照明光学系の具体例を示す断面図。
【図４】微小回折格子群を有する照明光学系の具体例を示す断面図。
【図５】照明光学系に反射面を有する画像入力装置を示す要部断面図。
【図６】ＬＥＤアレイの具体例を示す平面図。
【符号の説明】
１ …ＬＥＤアレイ
１ｔ …ＬＥＤ
１ｕ …ＬＥＤ群
Ｒ …赤色ＬＥＤ
Ｇ …緑色ＬＥＤ
Ｂ …青色ＬＥＤ
２ …照明光学系
Ｇ１ …第１レンズ
Ｇ２ …第２レンズ
Ｇ０ …レンズ
Ｍ１ …第１ミラー
Ｍ２ …第２ミラー
Ｍ０ …ミラー
４ …原稿
４Ｓ …原稿面
６ …読み取り光学系
７ …撮像素子
８ …画像処理装置
９ …画像出力装置
１０ …原稿照明装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image input apparatus, for example, an image input apparatus (image reader, image scanner, etc.) used by connecting to a personal computer or the like, or an image input apparatus of an image forming apparatus (color or monochrome digital copier, facsimile, etc.). The present invention relates to an image input device constituting a unit.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In devices for inputting and outputting images, LEDs (Light Emitting Diodes) are used for various purposes. Among the devices that perform input / output of two-dimensional images by scanning in one direction, an LED array formed by arranging a plurality of chip-shaped LEDs in a substantially straight line is used as a light source for a document illuminating device, an LED printer head, and the like. Used. However, the LED array has a problem that a variation in the light amount for each LED, a change in the light amount due to an environmental change (for example, a temperature change), and the like are likely to occur. For this reason, the following Patent Documents 1 and 2 propose an LED printer head for solving the above problem.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2613057
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2817150
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Each of the LED printer heads described in Patent Literatures 1 and 2 has a configuration in which a light receiving element that detects light from an LED is used to perform light amount unevenness control of the LED. For this reason, the light receiving signal obtained by the light receiving element does not necessarily reflect the uneven illumination on the photoconductor (the surface to be irradiated). Therefore, it is difficult to sufficiently suppress illumination unevenness by controlling the light amount unevenness of the LED. The same applies to a document illuminating device equipped with an LED array.
[0005]
Further, the LED array used in the LED printer heads described in Patent Documents 1 and 2 has a configuration in which a plurality of LEDs are arranged in a substantially straight line with almost no gap. An LED array used in a commercially available image input device has the same configuration. For this reason, in the case where the output light quantity of the LED unit is significantly increased in the future (for example, 1.5 times or more of the current state) and the required number of LEDs to be used is reduced, the line illumination increases as the interval between the LEDs increases. It is difficult to correct the unevenness by the light amount unevenness control. The reason that this point was not a major problem in the conventional LED array was that the actual lack of light quantity and the uneven light quantity corresponding to it were taken into account, and the increase in LED output light quantity that will dramatically improve in the future Was not assumed.
[0006]
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an image input device capable of reading an image of a document evenly by illuminating the surface of the document uniformly using an LED array. It is to provide a device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image input device according to a first aspect of the present invention is an image input device including a document illuminating device that irradiates light to a document surface to read an image of the document, wherein the document illuminating device is An LED array having a plurality of LEDs arranged substantially linearly, and an illumination optical system for guiding a light beam emitted from the LED array to a document surface, wherein the illumination optical system is configured to emit light beams in the direction in which the LEDs are arranged. And a function of condensing a light beam in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the image input device according to the first aspect, the illumination optical system has a reflection surface that reflects a light beam in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs.
[0009]
A third aspect of the present invention is the image input device according to the first or second aspect, wherein the arrangement interval of the LEDs is equal to or greater than 6.35 mm, or the arrangement interval of an LED group including a plurality of LEDs is six. .35 mm or more.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the image input device according to the first, second, or third aspect, the illumination optical system includes a combination of a plurality of optical elements.
[0011]
An image forming apparatus according to a fifth aspect includes the image input apparatus according to any one of the first to fourth aspects, and an image output apparatus that outputs an image input by the image input apparatus. It is characterized by.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an image input device embodying the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration example of a main part of an image input device according to the present invention. In FIG. 1, 1 is an LED array, 2 is an illumination optical system, 3 is a document table, 4 is a document, 4S is a document surface, 5 is a book reflecting mirror, 6 is a reading optical system, 7 is an image sensor, and 8 is image processing. Reference numeral 9 denotes an image output device, and reference numeral 10 denotes a document illumination device. The image input device corresponds to an image input unit of an image forming apparatus (color or monochrome digital copier, facsimile, or the like), a single image input device (image reader, image scanner, or the like). In order to read a two-dimensional image of the document (4), a document illuminating device (10) for irradiating light to the document surface (4S) in a line is provided, and light reflected from the document surface (4S) is used. To read a two-dimensional image. In the reading of the two-dimensional image, relative scanning of the linear illumination with respect to the document surface (4S) is performed in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs.
[0013]
The document illuminating device (10) includes an LED array (1), an illumination optical system (2), and the like. The LED array (1) has a configuration in which a plurality of LEDs are arranged in a substantially straight line (perpendicular to the plane of FIG. 1) on the substrate (1a). A light emitting element array having elements as point light sources may be used instead of the LED array (1). ｝. The light emitted from the LED array (1) is condensed by the illumination optical system (2) only in a direction perpendicular to the direction in which the LEDs are arranged, and is substantially linear (one line perpendicular to the plane of FIG. 1). Line shape). After passing through the platen (3) made of a plate glass, a substantially linear light source image is formed on the document surface (4S). The light applied to the document surface (4S) is reflected by the document surface (4S) and then passes through the document table (3) again. Then, by passing through the reading optical system (6), an image is formed on the light receiving surface of the image sensor (7). Of the light beams emitted from the LED array (1), a part of the light beams outside the range of incidence on the illumination optical system (2) is reflected by the book reflecting mirror (5) and illuminated on the document surface (4S). The book reflecting mirror (5) illuminates the document (4) in a booklet or book form so that a black shadow does not occur at the point where the document (4) rises from the platen (3). Mirror.
[0014]
The optical image formed by the reading optical system (6) is converted into an electric signal by the imaging device (7). As the imaging device (7), for example, a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) including a plurality of pixels and a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor is used. The signal generated by the image sensor (7) is subjected to predetermined digital image processing, image compression processing, and the like as necessary in an image processing device (8) such as a personal computer. Then, after being recorded as digital video signals in a memory (semiconductor memory, optical disk, or the like), and possibly converted to an infrared signal via a cable, they are transmitted to an image output device (9) such as a printer or other devices. Is done. Therefore, an image forming apparatus such as a digital copying machine or a facsimile is constituted by a combination of the above-described image input device and an image output device (9) or the like (a printer or the like) for outputting an image input by the image input device. You.
[0015]
Here, the relationship between the LED array interval of the LED array (1) and the unevenness of the line illumination on the document surface (4S) will be described with reference to FIG. In FIG. 2, P is the LED array interval, L is the distance from the LED array (1) to the document surface (4S), Q is the illuminance distribution on the document surface (4S), and the illumination optical system (2) is shown. Omitted. In a general LED array (1), as shown in FIG. 2A, a plurality of LEDs (1t) are arranged on a substrate (1a) almost linearly with almost no gap. For this reason, even if the distance (L) from the LED array (1) to the document surface (4S) is short, the illumination unevenness generated on the document surface (4S) is small. However, if the output light quantity of the LED (1t) alone increases dramatically in the future (for example, 1.5 times or more of the current level), the required number of LEDs (1t) decreases, and it becomes necessary to thin out the LEDs (1t). As a result, large illumination unevenness occurs due to the discrete arrangement (for example, P ≧ 6.35 mm) of the LED (1t) having a large output light amount. That is, as the output light amount of the LED (1t) alone increases and the LED arrangement interval (P) increases, the illumination unevenness increases as shown in FIG. 2B, and the light intensity unevenness control of the LED (1t) is performed. Then it becomes difficult to correct. If the distance (L) from the LED array (1) to the document surface (4S) is increased, the illumination unevenness can be reduced, but the size of the document illuminating device (10) is increased.
[0016]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2C, a diffusing device having a function of diffusing a luminous flux in the arrangement direction of the LEDs (1t) between the LED array (1) and the document surface (4S). An optical element (D) is arranged. The diffusion optical element (D) is provided as a part of the illumination optical system (2, FIG. 1), and is configured by processing a lens surface or a mirror surface, for example. Due to the diffusing function of the diffusing optical element (D), unevenness in the amount of light emitted from the line of the original illuminating device (10) is suppressed, and illumination unevenness generated on the original surface (4S) is reduced. In addition, it is possible to reduce illumination unevenness while keeping the distance (L) from the LED array (1) to the document surface (4S) at the same level as in the related art. Therefore, it is possible to simultaneously achieve the downsizing of the document illuminating device (10) and the suppression of unevenness in the light amount. In addition, economic effects such as cost reduction and energy saving can be obtained by reducing the number of LEDs (1t).
[0017]
As described above, the illumination optical system (2) has a function of condensing a light beam in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs (1t). That is, the illumination optical system (2) is constituted by a lens, a mirror, and the like having a unidirectional convergence in the direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs (1t). The diffusing function of the diffusing optical element (D) also has the same directionality as the light collecting function in the arrangement direction of the LEDs (1t). Accordingly, examples of the diffusion optical element (D) include a microlens group having a plurality of lens surfaces having a divergence function by refraction (such as a curved surface having a substantially cylindrical shape) and a reflection surface having a divergence function by reflection (a substantially cylindrical shape). Group of micromirrors having a plurality of curved surfaces), a group of microdiffraction gratings having a plurality of diffraction gratings having a divergence function by one-way diffraction, a pick-up surface having a one-way scattering function, and the like.
[0018]
Also, considering the effectiveness of diffusion in the optical path from the LED array (1) to the document surface (4S), the diffusion optical element (D) to be used is selected according to the diffusion position in the illumination optical system (2). Is preferred. For example, in the case where the illumination optical system (2) is provided with the above-described diffusion function in a portion close to the LED array (1), a curved surface, a diffraction grating, and the like corresponding to each LED (1t) are arranged as a diffusion optical element (D). It is desirable to do. In the case where the above-mentioned diffusion function is provided in a portion of the illumination optical system (2) remote from the LED array (1), an optical surface (condenser lens surface, condenser mirror surface, etc.) in a range covering all the LEDs (1t). It is preferable to arrange a filed surface having a scattering function as the diffusion optical element (D).
[0019]
As described above, the LED array (1) has a configuration in which a plurality of LEDs (1t) are arranged in a substantially linear manner. Even if it is composed of the combination of the LED (1t), there is no change in the operation and effect obtained by the above-described diffusion optical element (D). FIG. 6I shows an LED array (1) having only white LEDs (W) as each LED (1t). 6 (ii) and (iii) show an LED array (1) having an LED group (1u) composed of a red LED (R), a green LED (G), and a blue LED (B). In any case, the illumination unevenness increases with an increase in the output light amount of the LED (1t, R, G, B) alone and an increase in the arrangement interval (P) of the LED (1t) or the LED group (1u). Will be. However, unevenness in the amount of line emission light of the original illuminating device (10) is suppressed by the diffusion function of the diffusion optical element (D), and thus illumination unevenness occurring on the original surface (4S) is reduced. Since the illumination unevenness increases as the LED array interval (P) increases, the effect obtained by the diffusion optical element (D) also increases. From this viewpoint, it is preferable that the arrangement interval (P) of the LED (1t) and the LED group (1u) is equal to or greater than 6.35 mm. The distance (L) from the LED array (1) to the document surface (4S) is preferably at least three to four times the arrangement interval (P) of the LEDs (1t) and the LED groups (1u).
[0020]
The optical configuration of the document illuminating device (10) will be described in more detail below with reference to specific examples. FIGS. 3 and 4 show an LED array (1) in which a plurality of LEDs (1t) are arranged in a substantially linear manner with an arrangement interval of 6.35 mm (1/4 inch) or more, and the LED array (1). An illumination optical system (2) for guiding an emitted light beam to an original surface (4S), and an original illumination device (10) having a module structure, each including an illumination optical system (2). 3 and 4, (A) is a sectional view on a plane perpendicular to the arrangement direction of the LEDs (1t), and (B) is a sectional view on a plane parallel to the arrangement direction of the LEDs (1t). It is sectional drawing. FIGS. 3A and 3B show cross-sectional structures orthogonal to each other, and the cross-sectional directions shown in FIGS. 3A and 4A correspond to the cross-sectional directions shown in FIG. In the illumination optical system (2) shown in FIGS. 3 and 4, the LED array (1) including the plurality of LED groups (1u) described above is also applicable.
[0021]
Each of the illumination optical systems (2) shown in FIGS. 3 and 4 is composed of a set of two achromatic condensing lenses (G1, G2), and has a function of diffusing a light beam in the arrangement direction of the LEDs (1t). , And a function of condensing a light beam in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs (1t). As shown in FIGS. 3A and 4A, the light beam is collected by a first lens (G1) having a negative power in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs (1t) and a positive power. And the second lens (G2) having a negative and positive combination can provide an achromatizing effect. On the other hand, the diffusion of the light beam is performed by the first lens (G1) having a different diffusing action between FIGS. 3B and 4B as described below.
[0022]
In the illumination optical system (2) shown in FIG. 3, as shown in FIG. 3B, the first lens (G1) has the same number of minute concave lens surfaces as the LEDs (1t) on the LED array (1) side. The second lens (G2) has a positive power lens surface formed of a free-form surface on the document surface (4S) side. The luminous flux emitted from each LED (1t) diverges on each concave lens surface of the first lens (G1) and spreads in the arrangement direction of the LEDs (1t), and then the condenser function of the free-form surface of the second lens (G2) Thereby, the light is focused toward the center of the LED array (1). The luminous flux emitted from the end of the LED array (1) has a spread toward the outside of the document surface (4S) due to the negative power of the first lens (G1). ) Provided by the free-form surface capacitor function. Therefore, it is possible to prevent the light amount from being wasted. As a result, the luminous flux emitted from the illumination optical system (2) uniformly illuminates the document surface (4S) in a state of being diffused in the arrangement direction of the LEDs (1t).
[0023]
Here, a minute lens group having a negative power composed of a plurality of concave surfaces is used as the diffusion optical element (D) to diffuse a light beam in the arrangement direction of the LEDs (1t). The configuration for diverging the light beam using the refraction surface is not limited to this. For example, the luminous flux may be diffused in the arrangement direction of the LEDs (1t) by the divergence after the image is formed once by the minute lens group having a positive power composed of a plurality of convex lens surfaces. Note that the convex or concave lens surface shape (a cylinder shape, a spherical shape, an aspherical shape, or the like) constituting the minute lens group may be set in accordance with the relationship with the light-collecting function or the like.
[0024]
In the illumination optical system (2) shown in FIG. 4, as shown in FIG. 4B, the first lens (G1) uses the same number of small (one-directional) diffraction gratings as the LEDs (1t). The second lens (G2) has a positive-power lens surface, which is a free-form surface, on the document surface (4S) side. The second lens (G2) is the same as the illumination optical system (2) shown in FIG. 3, and prevents the light amount from being wasted by its condenser function. The luminous flux emitted from each LED (1t) diverges in each diffraction grating of the first lens (G1) and spreads in the arrangement direction of the LEDs (1t), and then has a condenser function of the free-form surface of the second lens (G2). Thereby, the light is focused toward the center of the LED array (1). As a result, the luminous flux emitted from the illumination optical system (2) uniformly illuminates the document surface (4S) in a state of being diffused in the arrangement direction of the LEDs (1t).
[0025]
Here, a group of minute diffraction gratings having a negative power composed of a plurality of diffraction gratings is referred to as the diffusion optical element (D), thereby diffusing a light beam in the arrangement direction of the LEDs (1t). The configuration for diffusing the light beam using the corresponding diffraction grating is not limited to this. For example, the luminous flux may be diffused in the arrangement direction of the LEDs (1t) by divergence after forming an image once by a plurality of micro-diffraction grating groups having positive power. Further, it is preferable that the period of the diffraction grating is not constant. This is because the use of a diffraction grating having a random period can effectively improve the read reproducibility of a color image by an achromatic function. The free-form surface of the second lens (G2) may be designed so as to play the role of a concave lens as a whole (in a set of two). Further, a one-way diffraction grating with a random period may be added to the entire surface of the free-form surface as a diffusion optical element (D).
[0026]
Next, a document illuminating device (10) having a reflecting surface in the illumination optical system (2) will be described. FIGS. 5A to 5C show an LED array (1) in which a plurality of LEDs (1t) are arranged substantially linearly at an arrangement interval of 6.35 mm (1/4 inch) or more, and the LED array. Illumination optical systems (2) for guiding the light flux emitted from (1) to the document surface (4S), and three types of document illumination devices (10) each including: In FIG. 5, a portion from the document illuminating device (10) to the document surface (4S) in the image input device shown in FIG. 1 is embodied, and is shown by a cross section on a plane perpendicular to the arrangement direction of the LEDs (1t). I have. The parts such as the book reflecting mirror (5) described above are not shown. In the illumination optical system (2) shown in FIG. 5, the LED array (1) including the plurality of LED groups (1u) described above is also applicable.
[0027]
The illumination optical system (2) shown in FIG. 5A is composed of one mirror (M0), and the illumination optical system (2) shown in FIG. 5B is composed of two mirrors (M1 and M2). The illumination optical system (2) shown in FIG. 5C includes two mirrors (M1, M2) and one lens (G0). Each of FIGS. 3 and 4 has a function of diffusing a light beam in the arrangement direction of the LEDs (1t) and a function of condensing the light beam in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs (1t). The same operational effects as those of the illumination optical system (2) can be obtained. The light beam is condensed by positive power in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs (1t). For example, in the illumination optical system (2) of FIG. 5A, light is collected by the positive power of the mirror (M0), and in the illumination optical system (2) of FIG. , M2), the light is condensed by the positive power of the lens (G0) and the first and second mirrors (M1, M2) in the illumination optical system (2) of FIG. 5C. Is
[0028]
On the other hand, the diffusion of the light beam is performed by the diffusion optical element {D, FIG. 2 (C)} added to any surface of the illumination optical system (2). For example, a group of minute mirrors of negative power composed of a plurality of minute convex reflecting surfaces ｛corresponds to the group of minute lenses in FIG. 3B.負, a group of minute diffraction gratings of negative power composed of a plurality of minute diffraction gratings {corresponding to the group of diffraction gratings of FIG. 4 (B)}, etc., are the condenser reflection surfaces of positive power ｛FIG. 3 (B) and FIG. (B) is used in combination with｝ or the like corresponding to a positive power condenser lens surface having a free-form surface. In the case of the illumination optical system (2) of FIG. 5A, a mirror (M0) having a composite reflecting surface of a group of minute mirrors or a group of minute diffraction gratings and a condenser reflecting surface is used. In the case of the illumination optical system (2) shown in FIGS. 5B and 5C, a first mirror (M1) having a minute mirror group or a minute diffraction grating group on a reflection surface is used, and a second mirror (M1) having a condenser reflection surface is used. M2) is used. In the case of the illumination optical system (2) shown in FIG. 5C, a lens (G0) having a minute lens group or a minute diffraction grating group on a lens surface and a second mirror (M2) having a condenser reflecting surface are used. You may.
[0029]
Since the illumination optical system (2) shown in FIG. 5A includes one mirror (M0), the configuration is simple and the cost can be easily reduced. In the case of the illumination optical system (2) shown in FIGS. 5A and 5B, since all optical elements are constituted by mirrors (M0, M1, M2), there is an advantage that chromatic aberration does not occur. When the lens (G0) is included as in the illumination optical system (2) shown in FIG. 5C, the power load on the first mirror (M1) can be reduced or eliminated, and as a result, the size can be reduced. Can be contributed to. However, in order to suppress chromatic aberration generated by using the lens (G0), it is desirable to use a lens (G0) having low power.
[0030]
The illumination optical system (2) shown in FIGS. 5 (A) to 5 (C) uses a light beam emitted from the LED array (1) to arrange the LEDs (1t) on the reflecting surfaces of the mirrors (M0, M1, M2). The light is reflected in a direction perpendicular to the direction. When the reflecting surface is used as described above, the degree of freedom of the optical arrangement increases as the number of reflecting surfaces increases, and the document illuminating device (10) can be easily made compact. This is because each illumination optical system (2) shown in FIGS. 5B and 5C has a shorter size in the height direction than the illumination optical system (2) shown in FIG. It is clear from the fact that the entire lighting device (10) is made compact. Further, by using the reflection surface as described above, the optical arrangement such that the LED array (1) is directed horizontally downward as in each of the illumination optical systems (2) shown in FIGS. 5 (A) to 5 (C). Can also be taken.
[0031]
According to the configuration of the document illuminating device (10) shown in FIGS. 3 to 5, even if the amount of individual LED output increases and the number of LEDs (1t) used decreases, linear illumination light without shading can be obtained. Accordingly, the original surface (4S) can be uniformly illuminated with the line (L, FIG. 2) from the LED array (1) to the original surface (4S) almost unchanged. By using an image input device equipped with each document illumination device (10), it is possible to read the image of the document (4) without unevenness. Further, since it is not necessary to change the distance (L) from the LED array (1) to the document surface (4S), the increased output light quantity of each assumed LED (1t) is used as it is for the LED (1t). This can directly lead to the reduction of the number. As a result, great economic effects (low cost, energy saving, etc.) can be obtained. In addition, since each illumination optical system (2) is constituted by a combination of a plurality of optical elements whose optical surfaces are anamorphically processed, the number of optical elements can be minimized, which is economical. .
[0032]
The document illuminating device (10) described above can be used as an illuminating device or a part thereof in devices other than the image input device. For example, if the original illuminating device (10) is used as a linear light source device for an illuminating device using a long fluorescent tube or a long halogen lamp as a light source, uneven illumination can be performed at low cost and compactly. Examples of such a lighting device include a backlight and a front light used for a non-light-emitting display element such as an LCD (Liquid Crystal Display). Therefore, each of the above-described embodiments includes the inventions (I) to (IV) having the following configurations. With the configurations, it is possible to uniformly illuminate the irradiated surface using the LED array. It is possible to provide a simple light source device.
[0033]
(I) A light source device for forming a linear light source image for illumination, comprising: an LED array in which a plurality of LEDs are arranged substantially linearly; and an illumination for guiding a light beam emitted from the LED array to a surface to be irradiated. An optical system, wherein the illumination optical system has a function of diffusing a light beam in the arrangement direction of the LEDs and a function of condensing the light beam in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs. Light source device.
(II) The light source device according to (I), wherein the illumination optical system has a reflection surface that reflects a light beam in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs.
(III) The arrangement described in (I) or (II) above, wherein the arrangement interval of the LEDs is 6.35 mm or more, or the arrangement interval of an LED group including a plurality of LEDs is 6.35 mm or more. Light source device.
(IV) The light source device according to the above (I), (II) or (III), wherein the illumination optical system comprises a combination of a plurality of optical elements.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the illumination optical system has a function of diffusing a light beam in the direction in which the LEDs are arranged, it is possible to uniformly illuminate the original surface using the LED array. Therefore, it is possible to realize an image input device capable of reading an image of a document evenly. If the image input device according to the present invention is used in combination with an image output device, an inexpensive and small image forming device (digital Copying machine, facsimile, etc.). The effect of reducing illumination unevenness becomes more remarkable when the arrangement interval of the LEDs or LED groups is 6.35 mm or more. In addition, when a reflecting surface that reflects a light beam in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs is used for the illumination optical system, the original illuminating device can be easily made compact, and the illumination optics can be easily combined with a plurality of optical elements. When the system is configured, the number of optical elements can be minimized, which is economical.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the configuration of a main part of an image input device according to the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining unevenness of line illumination by a document illumination device and its elimination;
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a specific example of an illumination optical system having a minute lens group.
FIG. 4 is a sectional view showing a specific example of an illumination optical system having a group of minute diffraction gratings.
FIG. 5 is an essential part cross-sectional view showing an image input device having a reflecting surface in an illumination optical system.
FIG. 6 is a plan view showing a specific example of an LED array.
[Explanation of symbols]
1 ... LED array
1t ... LED
1u ... LED group
R: red LED
G: Green LED
B: Blue LED
2 ... Illumination optical system
G1 ... first lens
G2 ... second lens
G0 ... lens
M1 ... 1st mirror
M2 ... second mirror
M0 ... mirror
4… manuscript
4S: Original side
6 ... Reading optical system
7 ... image sensor
8 Image processing device
9 Image output device
10. Document illumination device

Claims

原稿の画像を読み取るために原稿面に光を照射する原稿照明装置を備えた画像入力装置であって、
前記原稿照明装置が、複数個のＬＥＤをほぼ直線状に配列して成るＬＥＤアレイと、そのＬＥＤアレイから射出した光束を原稿面に導く照明光学系とを備え、前記照明光学系が、前記ＬＥＤの配列方向に光束を拡散させる機能と、前記ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向に光束を集光させる機能と、を有することを特徴とする画像入力装置。An image input device including a document illumination device that irradiates light to a document surface to read an image of the document,
The document illumination device includes an LED array in which a plurality of LEDs are arranged substantially linearly, and an illumination optical system that guides a light beam emitted from the LED array to a document surface, wherein the illumination optical system includes the LED. An image input device having a function of diffusing a light beam in the arrangement direction of the LED and a function of condensing the light beam in a direction perpendicular to the arrangement direction of the LEDs.

前記照明光学系が前記ＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向に光束を反射させる反射面を有することを特徴とする請求項１記載の画像入力装置。2. The image input device according to claim 1, wherein the illumination optical system has a reflecting surface that reflects a light beam in a direction perpendicular to an arrangement direction of the LEDs.

前記ＬＥＤの配列間隔が６．３５ｍｍ以上であるか、あるいは複数個のＬＥＤから成るＬＥＤ群の配列間隔が６．３５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の画像入力装置。The image input device according to claim 1, wherein an arrangement interval of the LEDs is equal to or greater than 6.35 mm, or an arrangement interval of an LED group including a plurality of LEDs is equal to or greater than 6.35 mm.

前記照明光学系が複数の光学素子の組み合わせから成ることを特徴とする請求項１，２又は３記載の画像入力装置。4. The image input device according to claim 1, wherein said illumination optical system comprises a combination of a plurality of optical elements.

請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像入力装置と、その画像入力装置で入力された画像を出力する画像出力装置と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising: the image input device according to claim 1; and an image output device that outputs an image input by the image input device.