JP2006121555A - 照明装置、画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明装置の照明光源として、部品点数を少なくしつつ、使用する部品の発生効率を高め、かつ、低コストで白色光を得るようにする。
【解決手段】 コンタクトガラス１２上に位置する原稿の原稿面に向けて光を出射する照明光源１８の照明光源は、エレクトロルミネセンス現象により単色を発光する発光ダイオード４０と、前記発光ダイオード４０から発光される光により励起されて光を発光するフォトルミネセンス現象を生じる物質を含有し、前記発光ダイオードの発光面を覆う透光部材より、又は両物質を同一物質により構成することにより白色化した光を発光させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、照明装置、画像読取装置及び画像形成装置に関する。

従来よりスキャナなどの画像読取装置では、コンタクトガラス上に位置して読取対象となる原稿の原稿面に向けて光を出射する光源を有し、原稿面で反射された後に読取光軸に沿って進行する読取光をミラーやレンズ等の光学手段を介して、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光電変換素子に結合し、原稿画像を読取っている。

このような画像読取装置の光源としては、蛍光灯やキセノンランプ等の光源が使用されている。例えばこのキセノンランプは、短波長をもつ青色の出力が少ない。そのため、青色の出力を上げるためには、照明光源全体の光量を上げる必要があるが、照明光源全体の光量を上げると、例えば長波長の赤色等も出力も上がることになる。

ここで光電変換素子としてのＣＣＤは、長波長をもつ例えば赤色に対して感度が高く、また、原稿画像を読取る上で必要ではない赤外線の領域に対しても感度がある。そのため青色の出力を上げるに伴って赤色や赤外線領域の光の光量が増えると、青色の光とともに赤色等の光も受光するのでＣＣＤの温度が上昇し、発熱の原因となる。このことから、キセノンランプを照明装置として使用する場合には、キセノンランプの光量をあげつつ不要な赤外線領域の光を除外するための部材（例えば、赤外カットフィルター）等を用いている。しかしながら、これでは温度対策や必要な光を受光するための対策にコストがかかってしまう。これらの点を考慮して、近年ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を使用して白色光を得、この白色光を光源として利用する例が見受けられる（特許文献１参照）。

特開平１１−３１７１０８公報

白色光を得る方法としては、まずＲ（赤）Ｂ（青）Ｇ（緑）の各色ＬＥＤを同時に発光させる方法が挙げられる。三色を同時に発光させることで各色が混ざり、白色となる。但し、色ムラが生じやすく、白色光を維持することが難しい。

上記特許文献１に記載された方法は、青色ＬＥＤと蛍光染料を透明な樹脂に溶かし込んだ蛍光樹脂プリズムから構成され、この組み合わせにより白色光を得ている。青色ＬＥＤが発光すると、その光が蛍光樹脂プリズムの蛍光染料を照射し蛍光染料によって光が発光する。この光と蛍光染料にぶつからず蛍光樹脂プリズムを通過した青色ＬＥＤの光とが混ざって白色光として放出される。

しかしながら、白色光を放出するために、青色ＬＥＤと蛍光樹脂プリズムとの構成が必要とされるため、照明装置を構成する部品点数が複数になり、部品コストが上昇する上に、複数の部品を組み合わせるため、組み立て精度のバラツキが大きくなる。

また、青色ＬＥＤと蛍光樹脂プリズムとの距離によっては、青色ＬＥＤから発光された光の一部が蛍光樹脂プリズムに入らないこともあり、青色ＬＥＤの発光を最大限に生かすことができない場合が生ずる。そのため、蛍光樹脂プリズムと組み合わせる際の青色ＬＥＤは、より指向性の強い青色ＬＥＤを使用しなければならず、部品選択の幅が狭まる。

さらに、ここにいう蛍光樹脂プリズムは、赤色と緑色の蛍光染料を透明な樹脂に溶かし込んだものであるので、赤色と緑色の蛍光染料の配合についてもバラツキが発生する。

本発明の目的は、Ｒ（赤）Ｂ（青）Ｇ（緑）の三原色の発光部材は不要にするとともに、部品点数が少なく、かつ青色ＬＥＤの発光ロスが最小限に抑えることで発光効率がよく、低コストで白色光を得ることができるようにするものである。

請求項１に記載の照明装置は、コンタクトガラス上に位置して読取対象となる原稿の原稿面に向けて光を出射する照明光源を有する照明装置であって、前記照明光源は、エレクトロルミネセンス現象により単色を発光する発光ダイオードと、前記発光ダイオードから発光される光により励起されて光を発光するフォトルミネセンス現象を生じる物質を含有し、前記発光ダイオードの発光面を覆う透光部材と、により白色化した光を発光させる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照明装置において、前記照明光源のうち、発光ダイオードはＧａＮ系の素材により形成され、フォトルミネセンス現象を生じる物質はＹＡＧ系の素材により形成される蛍光体である。

請求項３に記載の照明装置は、コンタクトガラス上に位置して読取対象となる原稿の原稿面に向けて光を出射する照明光源を有する照明装置であって、前記照明光源は、フォトルミネセンス現象を生じる物質と、前記物質と同一の物質であり、エレクトロルミネセンス現象により単色を発光する発光ダイオードと、により白色化した光を発光させる。

請求項４の発明は、請求項３に記載の照明装置において、前記照明光源は、ＺｎＳｅ系の発光ダイオード及びＺｎＳｅ単結晶基盤により形成されている。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか一に記載の照明装置において、前記照明光源は、原稿読取時の主走査方向に沿って複数設けられている。

請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか一に記載の照明装置と、前記照明装置から出射された光の原稿からの反射光を受光し反射させる複数の光学手段と、原稿からの反射光を受光する光電変換素子と、を有する画像読取装置である。

請求項７の発明は、請求項６記載の画像読取装置において、前記照明装置の前記照明光源から出射される光の出射方向前方に位置付けられ、前記照明光源から出射された光を前記コンタクトガラス上の原稿に向けて主走査方向に沿って照明するように導光する導光部材を具備する。

請求項８の発明は、請求項６又は７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。

請求項１の発明によれば、照明装置に必要な白色光を得るための構成として、発光ダイオードの発光面をフォトルミネセンス現象が生じる物質を含有する透光部材によって覆う構成を採用したので、Ｒ（赤）Ｂ（青）Ｇ（緑）の三原色の発光部材は不要であるとともに、部品点数が少なく、かつ青色ＬＥＤの発光ロスが最小限に抑えられることになり、従って、発光効率がよく、低コストで白色光を得ることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１に記載の照明装置における照明光源は、発光ダイオードはＧａＮ系の素材により形成され、前記発光ダイオードから発光される光により励起されて光を発光するフォトルミネセンス現象を生じる物質である蛍光体はＹＡＧ系の素材により形成されていることから、赤色等の長波長の出力を上げることなく青色の短波長の出力を上げることができるので、ＣＣＤの発熱を防ぐことができる。

請求項３の発明によれば、照明装置に必要な白色光を得るために必要な発光ダイオードとフォトルミネセンス現象が生じる物質を同一の物質で構成していることから、Ｒ（赤）Ｂ（青）Ｇ（緑）の三原色の発光部材は不要であるとともに、部品点数が少なく、かつ青色ＬＥＤの発光ロスが最小限に抑えられることになり、従って、発光効率がよく、低コストで白色光を得ることができる。

請求項４の発明によれば、請求項３に記載の照明装置における照明光源は、ＺｎＳｅ系の発光ダイオード及びＺｎＳｅ単結晶基盤により形成されているため、赤色等の長波長の出力を上げることなく青色の短波長の出力を上げることができるので、ＣＣＤの発熱を防ぐことができる。

請求項５の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか一に記載の照明装置において、前記照明光源は、原稿読取時の主走査方向に沿って複数設けられているので、複数の光源から出射された光の全てが、原稿面を照明するために有効に利用される。

請求項６の発明の画像読取装置によれば、請求項１ないし５のいずれか一に記載の照明装置と、前記照明装置から出射された光の原稿からの反射光を受光し反射させる複数の光学手段と、原稿からの反射光を受光する光電変換素子とを有することから、安定した照明性能の下で画像の読み取りを行なうことができる。

請求項７の発明によれば、請求項６記載の画像読取装置において、前記照明装置の前記照明光源から出射される光の出射方向前方に位置付けられ、前記照明光源から出射された光を前記コンタクトガラス上の原稿に向けて主走査方向に沿って照明するように導光する導光部材を具備するため、光源から出射されて導光部材を通過した全ての光が原稿面を照明するために有効に利用される。

請求項８記載の発明の画像形成装置によれば、請求項６又は７に記載の画像読取装置を備えるので、この画像読取装置による安定した画像読取結果に応じて画像の形成を行なうことができる。

本発明の第一の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。図１は本発明が適用される画像形成装置であるフルカラーの複写機１の内部構造を示す概略正面図である。

複写機１の装置本体２内の中央部にはカラー画像を形成するための画像形成部３が設けられている。この画像形成部３は、等間隔に離間させて水平向きに並列に配設された４つのドラム状の感光体４、各感光体４の外周部に配置されて電子写真プロセスにより感光体４の外周面にトナー像を形成する帯電ローラ５、現像装置６、クリーニング器７、一様に帯電された感光体４の外周面を画像データに応じたレーザ光で露光することにより静電潜像を形成する露光装置８、各感光体４の外周面に形成されたトナー像が順次転写されることによりカラートナー像が形成される中間転写ベルト９、中間転写ベルト９上のカラートナー像を記録媒体Ｓに転写する転写ローラ１０等により構成されている。なお、４つの感光体４ではそれぞれＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂ（ブラック）のトナー像が形成される。

装置本体２の上部には、読取対象となる原稿を自動送りするＡＤＦ１１と、ＡＤＦ１１で自動送りされた原稿又はコンタクトガラス１２上に載置された原稿を読取る画像読取装置１３とが配置されている。画像読取装置１３は、コンタクトガラス１２と平行に２：１の速度で走行可能な第１・第２走行体１４，１５、レンズ１６、光電変換素子であるＣＣＤ１７等により構成されている。第１走行体１４には、コンタクトガラス１２上に載置された原稿、又は、ＡＤＦ１１で搬送される原稿の原稿面を照明するための照明装置１８と、原稿面で反射されて読取光軸に沿って進行する光を反射させる第１ミラー１９とが搭載されている。第２走行体１５には、第１ミラー１９で反射された光をさらに反射させる第２ミラー２０と第３ミラー２１とが搭載されている。第１〜第３ミラー１９，２０，２１で順次反射された読取光の進行方向前方には、レンズ１６とＣＣＤ１７とが配置されている。

装置本体２の下部には、記録媒体Ｓを収納する複数段、例えば４段の用紙カセット２４が設けられている。これらの用紙カセット２４内に収納された記録媒体Ｓはピックアップローラ２５とフィードローラ２６とにより一枚ずつ分離給紙され、分離給紙された用紙は装置本体２内に設けられた用紙搬送路２７に沿って搬送される。この用紙搬送路２７に沿ってレジストローラ２８、転写ローラ１０、定着装置２９、排紙ローラ３０等が配置されている。

このような構成において、画像読取装置１３での読取結果に応じて露光装置８の半導体レーザから各色（イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ及びブラックＢ）の画像データに対応したレーザ光が出射され、そのレーザ光が帯電ローラ５により一様に帯電された各感光体４の外周面を露光することにより静電潜像が形成される。この静電潜像に対して各現像装置６から各色のトナーが供給されることにより、各色のトナー像が形成される。各感光体４上のトナー像は、感光体４と同期して移動する中間転写ベルト９上に順次転写され、中間転写ベルト９上にはカラートナー像が形成される。

一方、画像形成部３での画像形成動作の開始と相前後して用紙カセット２４内から用紙の分離給紙が開始されており、分離給紙されて用紙搬送路２７を搬送された用紙は間歇的に回転駆動するレジストローラ２８によりタイミングをとられ、中間転写ベルト９上のカラートナー像が記録媒体Ｓの適正な位置に転写されるタイミングでレジストローラ２８が回転駆動される。

レジストローラ２８が回転駆動されることにより搬送された記録媒体Ｓが中間転写ベルト９と転写ローラ１０との間を通過するときに、中間転写ベルト９上のカラートナー像が記録媒体Ｓ上に転写される。記録媒体Ｓ上に転写されたカラートナー像は定着装置２９を通過する過程で記録媒体Ｓ上に定着され、カラートナー像が定着された記録媒体は排紙ローラ３０によって排紙トレイ３１上に排紙される。

このような構成の下、本実施の形態の特徴的部分について順次説明する。

図２は、第１走行体１４に搭載されている照明装置１８と第１ミラー１９とを拡大して表わした正面図である。また、図３は、照明装置１８を示す斜視図である。照明装置１８は、複数の光源である矩形状の白色ＬＥＤ４０、長尺状の基板４１により構成されている。

白色ＬＥＤ４０は、基板４１上に略等間隔で直線状に配置され、この配列方向は、照明装置１８を画像読取装置１３内に組み込んで画像読取を行なう際の原稿の主走査方向と一致している。また基板４１には、固定した白色ＬＥＤ４０を通電可能に接続する配線パターン（図示せず。）が形成されている。さらに図示を省略してあるが、基板４１には、電流制限抵抗などを含む周辺回路素子が配線パターンに接続して固定されている。なお、本実施形態においては、白色ＬＥＤ４０を直線状に１ライン設けた場合を例に挙げて説明しているが、画像読取時に原稿の主走査方向に一致する方向に沿った複数ラインの白色ＬＥＤを設けてもよい。

白色ＬＥＤ４０から出射された光は、コンタクトガラス１２の一部を照射し、コンタクトガラス１２上に載置された原稿の原稿面で反射されて読取光軸に沿って進行し、第１ミラー１９で反射される。

図４は、白色ＬＥＤ４０をＡ−Ａ線に沿って切断して示した模式図である。白色ＬＥＤ４０は、ＧａＮ系の素材により形成された青色ＬＥＤ４２、ＹＡＧ蛍光体４３を分散して溶融させた蛍光樹脂４４から構成されている。すなわち、白色ＬＥＤ４０に設けられた窪みの底に青色ＬＥＤ４２を載置し、青色ＬＥＤ４２を覆うように窪みに蛍光樹脂４４を充填した構成とされている。このように、青色ＬＥＤ４２を蛍光樹脂４４によって覆うことで照明装置が一体化されて構成されているので、部品点数が少なく、かつ青色ＬＥＤの発光ロスが最小限に抑えられることになり、従って、発光効率がよく、低コストで白色光を得ることができる。

次に、白色ＬＥＤ４０が発光するプロセスについて説明する。図示しない配線を利用して青色ＬＥＤ４２に電界を印加する。青色ＬＥＤ４２は印加された電界により発光する（エレクトロルミネセンス現象）。この発光した光は、蛍光樹脂４４をそのまま通過して外部に放出される青色の光４５（図４における実線の矢印で表わされた光）と、蛍光樹脂４４に溶融されているＹＡＧ蛍光体４３に吸収されて黄色の光４６（図４における点線の矢印で表わされた光）に変換されて（フォトルミネセンス現象）外部に放出されるものに分かれる。これら青色の光と黄色の光が混合することで白色光４７となる。

なお、図４においては、説明に対する理解を助けるために、通常は蛍光樹脂４４に溶融されているＹＡＧ蛍光体４３のうち２つのみを取り出して大きく表わしている。

図５は白色ＬＥＤの別の形態を、図４で説明した白色ＬＥＤ同様、切断して示す模式図である。

白色ＬＥＤ５０は、基板４１の上に載置され、ＺｎＳｅ基板５１とその上に発光構造（薄膜）５２よりなる。ＺｎＳｅ基板５１には例えばヨウ素やアルミニウム等がドープされており、これらドーパント５３は所定の光を当てることによって自ら発光する。薄膜５２は、ＺｎＳｅ基板５１の上で成長させたＺｎＳｅ膜であり、青色ＬＥＤとなる。

白色ＬＥＤ５０の発光プロセスは、まず図示しない配線を利用して薄膜５２（青色ＬＥＤ）に電界を印加すると、薄膜５２（青色ＬＥＤ）が発光する。この発光した光５４は外部に放出されるとともに、その一部はＺｎＳｅ基板５１に入り、ドーパント５３に発光を促す。このようにして発光した光５５は、底面に反射したり、或いは直接に薄膜５２を超えて外部に放出される。この薄膜５２（青色ＬＥＤ）の光５４とドーパント５３の発光による光５５が混合することにより白色光５６となる。すなわち、ＺｎＳｅ基板５１が蛍光体と同様な役割を果たすようになっており、同じ物質ＺｎＳｅを発光体と蛍光体の両方に利用している。

そのため、照明装置として白色ＬＥＤ５０を採用することで、部品点数が少なく、かつ青色ＬＥＤの発光ロスが最小限に抑えられることになり、従って、発光効率がよく、低コストで白色光を得ることができる。

なお、図５においては、説明に対する理解を助けるために、ＺｎＳｅ基板５１にドープされているヨウ素等のドーパント５３を目に見えるように示している。

本発明の第二の実施の形態を図６及び図７に基づいて説明する。図６は、第１走行体１４に搭載されている照明装置１８、第１ミラー１９及び導光部材６０を拡大して表わした正面図である。図７は、照明装置１８を基板４１、白色ＬＥＤ４０，５０と導光部材６０とに分解して示す斜視図である。なお、第一の実施の形態と同じ符号を付した部材については既に説明をしていることからここでは省略する。

導光部材６０は、例えば透明な樹脂（アクリル、ポリカーボネート等）やガラスを材料として形成されており、白色ＬＥＤ４０，５０から原稿に向けて出射される光の出射方向前方に位置付けられている。白色ＬＥＤ４０，５０から拡散状態で出射された光は、導光部材６０に入り、導光部材６０内を進行することでこれ以上光が拡散されることが防止され、コンタクトガラス１２上の原稿の原稿面に向けて照射される。この導光部材６０を用いることで、白色ＬＥＤ４０，５０から発光する光をあますところなく集光する方向、すなわち原稿面に導くことができる。

本発明が適用される画像形成装置であるフルカラーの複写機の内部構造を示す概略正面図である。 第１走行体に搭載されている照明装置と第１ミラーとを拡大して表わした正面図である。 照明装置を示す斜視図である。 白色ＬＥＤをＡ−Ａ線に沿って切断して示した模式図である。 白色ＬＥＤの別の形態を切断して示す模式図である。 第１走行体に搭載されている照明装置、第１ミラー及び導光部材を拡大して表わした正面図である。 照明装置を基板、白色ＬＥＤと導光部材とに分解して示す斜視図である。

符号の説明

１２ コンタクトガラス
１４ 第１走行体
１８ 照明装置
１９ 第１ミラー
４０ 白色ＬＥＤ
４１ 基板
５０ 白色ＬＥＤ
６０ 導光部材

Claims (8)

1. コンタクトガラス上に位置して読取対象となる原稿の原稿面に向けて光を出射する照明光源を有する照明装置であって、
   前記照明光源は、
   エレクトロルミネセンス現象により単色を発光する発光ダイオードと、
   前記発光ダイオードから発光される光により励起されて光を発光するフォトルミネセンス現象を生じる物質を含有し、前記発光ダイオードの発光面を覆う透光部材と、
   により白色化した光を発光させることを特徴とする照明装置。
2. 前記照明光源のうち、前記発光ダイオードはＧａＮ系の素材により形成され、フォトルミネセンス現象を生じる物質はＹＡＧ系の素材により形成される蛍光体であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. コンタクトガラス上に位置して読取対象となる原稿の原稿面に向けて光を出射する照明光源を有する照明装置であって、
   前記照明光源は、
   フォトルミネセンス現象を生じる物質と、
   前記物質と同一の物質であり、エレクトロルミネセンス現象により単色を発光する発光ダイオードと、
   により白色化した光を発光させることを特徴とする照明装置。
4. 前記照明光源は、ＺｎＳｅ系の発光ダイオード及びＺｎＳｅ単結晶基盤により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記照明光源は、原稿読取時の主走査方向に沿って複数設けられている請求項１ないし４のいずれか一に記載の照明装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一に記載の照明装置と、
   前記照明装置から出射された光の原稿からの反射光を受光し反射させる複数の光学手段と、
   前記光学装置を経て前記反射光を受光する光電変換素子と、
   を有する画像読取装置。
7. 前記照明装置の前記照明光源から出射される光の出射方向前方に位置付けられ、前記照明光源から出射された光を前記コンタクトガラス上の原稿に向けて主走査方向に沿って照明するように導光する導光部材を具備することを特徴とする請求項６記載の画像読取装置。
8. 請求項６又は７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。
   
   
   

Images