JP2007212949A - 照明装置、画像読取装置、および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 透明体52上に載置された対象物を、該透明体52を介して照射する発光素子2を備えた照明装置1において、発光素子2から発した光のうち、異常な画像部分の発生要因となる一部の光を、透明体52によって反射させた構成とするか、遮光部材7,8を設けて所定に到達させない構成とするか、のいずれかの構成にし、かつ、少なくとも、透明体52によって全面反射された光を、透明体52を透過して対象物に向かわせるように、反射する反射部材5を設けた。
【選択図】 図2
Description
また、長さと幅を有する被照明面と、光束出射面を有する発光素子および該発光素子からの光束の向きを変えて被照明面に向ける光学要素を有する光源部と、を有する照明装置であって、光学要素は、少なくともその一部に断面が2次曲線もしくは疑似2次曲線(以下単に2次曲線と呼ぶ)からなる凹面反射部を有して、被照明面における照度分布が所定幅以上の平坦部を有するようにした構成(たとえば特許文献2)が知られている。
画像読取装置の原稿照明光源としてLED素子を用いてそのLED素子を取り囲み発光した光を集光する手段を設けた照明手段である照明装置において、LED素子に近接して配置される電極と該LED素子自身が並んだ方向に直交する方向を画像読取装置の副走査方向として設定するとともに、集光手段は、LED素子の背後に設置した反射面を用いてその副走査方向での反射面形状を放物面の2次曲面とした構成(たとえば特許文献3)や、集光手段は、LED素子に対向した副走査方向の断面が凹面反射面で、該凹面反射面が主走査方向に伸びた長尺反射部材に形成し、副走査断面の同一の位置に複数のLED素子を主走査方向に一定間隔をおいて配置した構成(たとえば特許文献4)、が知られている。
すなわち、このハレーション現象は、ある程度のページ数を有した書籍のような原稿83を、開いてコンタクトガラス72上に載置し、この開いたページを、上記の発光素子アレイの構成で照射して読取る場合に、特に原稿面としての綴じ代付近のページ部分がコンタクトガラス面から離れて浮いた状態、かつ、少なくとも、開いたページ面の綴じ代付近が光沢面である場合に、顕著に表れてしまう。これは、発光素子アレイの構成のように、いくつか配列した点光源から指向性の強い光を照射して、これらの点光源を上記の副操作方向に移動した読取り動作した時には、図8(a)に示すXを附して表わした発光素子から発した高い光強度の光線が、綴じ代付近に形成された湾曲面の特定部位に到達して、そのままの光強度で読取り光軸上に入ってしまうことから、生じると考えられる。より詳細には、図8(a)に示す特定部位における接線に直交する法線Bを基準にすると、丁度、この法線Bおよび高い光強度の光線軸がなす角度と、この法線Bおよび読取り光軸Aがなす角度と、略一致する関係となって、特定部位での読取り光軸Aに対する極めて高い正反射作用が得られてしまう。さらに、ページ面が光沢面の場合には、この反射作用が増強される。そして、前記の法線Bの角度が連続して変化する湾曲面が形成されており、しかもその読取り動作時には、該湾曲面に対する読取り軸Aおよび発光源の相対位置も連続して変化することから、前記のような読取り光軸Aと高い光強度の光線軸との関係が、必ず生じることになり、結果として、このような構成の場合には、ハレーション現象を回避できないことになる。特に、該湾曲面が光沢面の場合には、反射作用が増強されているので、この読取画像に基づいて複写像を形成した場合には、その複写像上に、周囲とはまったく異なる白色ノイズ状の異常画像部分が、間欠的に現われてしまうことになる。
なお、キセノンランプ71を用いた従来構成でも、このような原稿83からの読取り条件下では、図7(b)に示すような、左右方向の延在した略帯状の濃度ムラのような異常画像部分が生じている。また、図8(b)および図7(b)では、各図中の左右方向が、読取り装置としての主走査方向に相当し、上下方向が副走査方向に相当している。
したがって、結局、拡散透過部材の追加による部品点数の増加やコスト上昇、該追加による光伝達効率の低下による照度の不足を解消するための、発光強度を強化した大型素子や複列に多数の素子を用いるなどによる照明装置の大型化やさらなるコスト上昇、などの各種の問題が派生してしまう。
すなわち、第1キャリッジ53は、少なくとも、上記のように、コンタクトガラス52上に載置された原稿の原稿面に対して、その下方位置から直接的に上向きの斜め方向に照射する照明装置1と、この照射光が原稿面に到達して反射した原稿面からの反射光を、第2キャリッジ54に向けて反射する第1のミラー53aとを有している。また、第2キャリッジ54は、第1のミラー53aからの反射光を下方に反射する第2のミラー54aと、第2のミラー54aからの反射光を結像素子56に向けて反射する第3のミラー54bとを有している。さらに、第2キャリッジ54と結像素子56との間には、第3のミラーからの反射光を、各ミラー同士の相対位置の変化や、結像素子56に固有な焦点距離に応じて調整し、この結像素子56に入力するために適宜変位する結像レンズ55が設けられている。
したがって、読取り装置400は、その読取り動作時に、図示しない駆動機構によって、第1キャリッジ53が、副走査方向である図中の左右方向に移動され、つまり図中の左端位置から右方向に移動され、これに連係して同駆動機構によって、上記の各ミラーを経由して原稿面から結像素子56に至る光路の長さを維持するように、第2キャリッジ54が同じ方向に移動され、この第1キャリッジ53の往路移動の過程で、原稿面の全域から得た反射光を読取画像として結像素子56に入力するようにしている。
なお、この第1の実施形態の照明装置1を搭載した読取り装置400に、採用可能な光学的な構成としては、縮小光学系か、等倍光学系か、のいずれかに制約されることなく、適宜、これらのいずれでもよい。
発光素子2は、その概略外形状が扁平な直方体形状に形成され、長辺を有した一側面が発光面に構成され、そして、所定数の発光素子2が、その隣接した発光素子2同士の間の距離をすべて等しい距離を確保した等間隔に設定しながら、その平面視における中心を、基板3表面における長手方向に沿った1つの直線上に揃え、かつ、この直線に直交した同じ向きにその発光面が揃うように、実装平面としての基板表面に設置され、該基板3に実装されている。
したがって、基板3に実装された各発光素子2の発光面は、基板3の表面に対して略垂直面となり、かつ、基板3の長手方向に向けて縦長となる略長方形状に設置されることになる。このため、基板3の延在方向と略平行な方向が、基板3に実装された発光素子2の発光方向となる。
結局、この発光素子2はその発光が、該発光素子2自身を中心にしてその全周囲に向うのではなく、発光面の向きで規定された一定方向の指向性を有した素子とされている。すなわち、発光素子2は、その発光特性として、発光面の中心を起点にして、この中心点から発光面に直交した方向に進む構成の素子であり、しかもこの中心線上から離れると照度が急激に低下する明確に強い指向性を有している。
換言すれば、発光素子2から発して読取範囲に到達する主要な直射光が、臨界角を越えた入射角度となるように、つまりコンタクトガラス52下面に対してなす角度が小さな角度で到達するように、ほぼ水平方向となるガラス下面と平行な方向に、発光素子2の発光方向を設定して発光素子2を実装した基板3を配置するとともに、読取り光軸を挟んで、主要な直射光および該直射光以外のガラス下面で反射された全面反射光を捕捉するように、対抗配置した簡素な構成の反射部材5を設けて、この反射部材5が、主要な直射光および全面反射光を、適度な入射角度を確保して読取範囲に到達する照明光となるように反射した構成としている。
さらに、この反射部材5は、ガラス下面から発した全面反射光をその反射面で反射して読取範囲に向わせる光が、適度に散乱した拡散光となるように、金属光沢の鏡面状に形成した反射面ではなく、拡散反射面を形成した構成とされ、この拡散反射面を形成した構成として、たとえば白紙つまり白色紙などのような白紙状部材を用いて、適度な表面粗さを備えて平坦な白色の反射面を形成した簡素な構成とされている。謂わば、全面反射光のうち、光強度の光束をそのまま一定の向きに揃えて反射するのではなく、その適度な表面粗さを確保した反射面によって、その反射方向は、読取範囲に向けながらも、ある程度のランダムな方向となる光線に分解している。なお、反射部材5は、図示しない適宜の構成の支持部材によって支持され、発光素子2を実装した基板3と同様に、第1キャリッジ53内の所定位置に、所定の傾斜角度を確保して、固定されており、この支持部材は、第1キャリッジ53に取付けられている。
すなわち、図3(a)は、発光素子2の出射光の配光分布を示す説明図である。この配光分布は、発光素子2の発光面の中心点を通る法線に沿った一仮想面上において、その発光面の中心点から等距離にある該仮想面上の各地点の光量レベルを上記法線上に位置する地点の光量レベルを100としたときの、相対値で示したものである。より詳細には、図3(a)のグラフは、発光面の中心点から該発光面に直交する方向に延在された基準線を起点にして、この基準線から仮想面上における同図中の右側の90度の角度範囲までの光量レベルの変化を相対値で示すとともに、同図中の左側の90度の角度範囲までの光量レベルの変化を、相対値で示している。
この発光素子2は、その法線上に位置する地点で最大光量を発生させることになる。発光素子2が理想的な配向分布を備えていれば、発光素子2の出射光の配光分布は円形になるが、この実施形態の発光素子2では、同図に示すように楕円状となっている。そして、同図中の光量レベルが50すなわち最大光量の半分となる地点と発光面の中心点とを結ぶ仮想直線と、その発光面の中心点を通る法線との角度γ0を半値角という。発光素子2の出射光の配光分布を示す説明図である。この配光分布は、発光素子2の発光面の中心点を通る法線に沿った一仮想面上において、その発光面の中心点から等距離にある該仮想面上の各地点の光量レベルを上記法線上に位置する地点の光量レベルを100としたときの、相対値で示した。つまり、図3(a)のグラフでは、発光面の中心点から該発光面に直交する方向に延在された基準線を起点にして、この基準線から仮想面上における同図中の右側の90度の角度範囲までの光量レベルの変化を相対値で示すとともに、同図中の左側の90度の角度範囲までの光量レベルの変化を、相対値で示している。
このように、発光素子2は、その法線上に位置する地点で最大光量を発生させることになる。発光素子2が理想的な配向分布をもつものであれば、発光素子2の出射光の配光分布は円形になるが、この実施形態の発光素子2では、同図に示すように楕円状となる。そして、同図中の光量レベルが50すなわち最大光量の半分となる地点と発光面の中心点とを結ぶ仮想直線と、その発光面の中心点を通る法線との角度γ0を半値角という。
すなわち、光が透過する媒質としての空気からガラスに変わる境界面を基準面にして規定されており、コンタクトガラス52下面に対して直交する法線と、該ガラスに入射するように進む光の方向線と、がなす角度を、該ガラス下面に到達した光の入射角度としており、空気の屈折率および該ガラスの屈折率から、スネルの法則に基づいて、ガラスに光が入射せずに全面反射してしまう下限の入射角度として、臨界角が規定されている。すなわち、図3(b)に示すように、臨界角未満の入射角度で、光が、前記のコンタクトガラス52下面に到達した場合には、この入射角度の光は、ガラス内に進入して、ガラス内を進む透過光となる。これに対して、図3(c)に示すように、この臨界角以上の入射角度で、光が、前記のコンタクトガラス52下面に到達しても、この光は、謂わばガラス内に貫入せずに、該ガラス下面で全面反射される。なお、臨界角未満でもその入射角度によっては、該ガラス内に貫入する透過光と、ガラス下面で反射された反射光との両方が、所定のある比率で生じている。
これと同時に、図2(c)に示したように、コンタクトガラス52下面に向けて進む主要な光以外の残りの発光は、一旦、ガラス下面で全面反射して、反射部材5に向かってから、この反射部材5によって再度、反射されて、上記の読取範囲に向う照明光となる。
なお、図2(b)および図2(c)中では、発光素子2から発してなんらかの部材に接するまでの光は、短い破線の進行線で表わし、反射部材5で反射して照明光となって進む光は、太い実線の矢印で表わし、前記の進行線と照明光との中間過程の光の進行線は、長い破線の進行線で表わし、さらに仮想線で表わした範囲が上記した相対光度1の光の範囲を表わしており、このような発光に関する表記は、以降の各実施形態の各図でも同様とされている。
すなわち、反射部材5による主要な光を反射する際には、この反射部材5の反射面が、白色紙などの適度な表面粗さと明度を確保した反射面に形成しているので、適度な散乱作用が得られる。このため、この反射面から、照明光として原稿面に向かう反射光は、ピーク状に突出した光強度の光線や光束を含むことなく、適度に散乱されて均一な拡散光となって、原稿面に到達する。
他方、副走査方向において、少なくとも、読取範囲に対応するコンタクトガラス52下面の範囲のおよびその周辺の範囲に到達した、上記の主要な光以外の光は、該ガラス下面で一旦、全面反射して、反射部材5の反射面に向かい、この反射面による反射によって、上記のように適度で均一な拡散光となって、最終的に照明光として原稿面に向かう。
換言すれば、図2(c)に明示したように、Xを符して表わしたハレーションの主因となる方向に進んだ発光素子2の発光面から発した特定の光束(光線)は、必ずコンタクトガラス52下面で全面反射して、上記の原稿面の部分には到達しないことになる。
そして、このように全面反射されてガラス下面から離れる方向に向った特定の光束(光線)は、主要な光と同様に、反射部材5によって捕捉されて反射され、適度な散乱光となって、原稿面に到達する。
結局、この構成によれば、たとえコンタクトガラス52面に対して上向き斜め方向の左右のいずれかに向う光に対してそれぞれ正対し、かつ、この光側に向けて凸状の湾曲面をその原稿面の一部に形成した原稿が載置された場合にも、ハレーションを生じさせずに済む。
すなわち、発光に関する高い指向性を有した発光素子を用いて、この発光素子から一定方向に射出される主要な光を、直接的に原稿面に向わせることなく、反射部材に向わせる姿勢で発光素子を配置し、かつ、主要な光以外の残余の光も、コンタクトガラス下面に、一旦、全面反射させて反射部材に向かわせ、これらがともに、反射部材からの反射光となって、コンタクトガラスを透過して原稿面に到達させる照射光となるように構成しているので、斜め方向の発光に対して正対した湾曲面が形成された原稿面の部分を有した原稿が、コンタクトガラスに載置され、この原稿を照明する場合にも、少なくとも、発光素子から高強度の光がそのまま、前記の原稿面の部分に到達させずに済み、たとえ原稿面の部分が光沢面であっても、ハレーションなどのように、読取画像に異常部分が生じることを抑制できる。この結果として、読取画像の品質向上が図れる。
また、遮光部材7は、発光素子2や基板3とは別体の平板状の部材とされ、発光素子2の発光方向に基づき、前記のハレーションの要因となる光線および光束を遮断する位置および大きさに形成され、図示しない支持部材によって支持されており、この支持部材は、第1キャリッジ53に取付けられている。
より詳細には、この遮光部材7は、発光素子2の発光面から最短距離で該遮光部材7の遮光面に到達した光の強度に応じて、このようにその一面から入射した光を、少なくとも、ハレーションを生起させる程度の光強度を維持して他面に透過させない遮光性を有した構成とされ、たとえばある程度の光の透過を許容しても、たとえ原稿面の特定部分が光沢面であっても、前記のようにハレーションを生起させない程度に光強度を減殺して透過させる板厚寸法が設定された不透明状部材とされたり、その発光素子に対面した側の表面が黒色などの非透過色に着色されたりして、これらのうちのいずれかが選択され、またはこれらのいくつかを、適宜選択して、組合わせた構成としている。
さらに、遮光部材7の上面、つまり遮光部材7における、少なくとも、コンタクトガラス52に対面した表面は、低反射率の構成か、反射に関しては、実質的に非反射の構成か、のいずれかとされ、コンタクトガラス52側からの光が、該ガラス52に対面した表面に入射しても、上記したハレーション以外のフレアのような異常な画像部分を生成する程度の光強度の反射しないように構成されている。
他方、遮光部材7を、発光素子2の上方でかつ発光素子2の上部をカバーするように設けているので、この遮光部材7を防護部材として、機能させることができる。すなわち、コンタクトガラス52を取外して、該ガラス52を点検整備や交換修理したり、読取装置内を点検整備や交換修理したりする場合には、遮光部材7によって、交換部品やねじなどの落下物および塵埃などから、発光素子2が防護され、発光素子2の無用な損傷が回避できる。
すなわち、遮光部材8は、発光素子2の上面に設けられ、発光素子2の発光面からその発光方向に進む前方に、上記の特定の光線および光束を遮断できる程度の長さに突出されている。
より詳細には、遮光部材8は、発光素子2の上面に接して発光素子2に固定設置されているか、適宜の図示しない介装部材を介して、発光素子2の上面に接するように基板3に固定されているか、のいずれかとされている。
したがって、遮光部材8の下面に入射したハレーションを生起させる方向に進む発光素子2から発した光線および光束は、遮光部材7と同様に、遮光部材8によって遮断または所定に減殺されて透過し、これによってハレーションを生起させる程度の光強度で、読取範囲に到達することが阻止される。
このように構成した第2の実施形態の照明装置1の変形例によれば、遮光部材8は、発光素子2および基板3からなる構成物に一体化しているので、この構成物を、読取装置に組付ける際の作業や、交換修理する際の作業が簡略化できる。
他方、発光素子2に対する遮光部材8の相互位置を正確かつ確実に規定できるので、この遮光部材8によって得られる遮光作用の信頼度の向上が図れる。
すなわち、第2の実施形態とこの変形例との両者において、それぞれの遮光部材7および遮光部材8における、発光素子2からの発光が入射する面を、適宜、鏡面状の反射面に形成してよい。なお、発光素子2からの発光が直接的に入射する表面を、鏡面反射面の構成にする場合には、上記したように、該部材自身の少なくとも該当する表面領域を、鏡面反射性を有する構成としても、表面領域に鏡面反射性を有したフィルム状またはシート状の別部材を貼着などによって設置した構成としてもよい。
すなわち、遮光部材7の遮光面を、鏡面反射の構成にした場合には、図4(a)中にXを附して示した発光素子2から発してハレーションを生起させる方向に進む光線および光束は、遮光部材7に到達すると、そのまま仮想線で示すように進み続けることなく、遮光部材7によって、同図中に長破線で示したように該遮光部材7から、概略反射部材5に向うように反射され、この反射部材5によって、概略読取範囲および該範囲の周辺に向かうように反射され、照明に供されることなる。他方、遮光部材8の遮光面を、鏡面反射の構成にした場合には、発光素子2から発してハレーションを生起させる方向に進む光線および光束は、同様な過程を経て、照明に供されることなる。
このため、遮光部材7,8の遮光面を、鏡面反射の構成にした場合には、該読取範囲での照度アップを図ることができる。この結果、発光素子2から発した光の利用効率を向上できる。
すなわち、第3の実施形態の変形例としての照明装置1では、副操作方向において、読取り光軸Aに干渉しない程度の長さに、読取り軸Aの近い側が延在された構成の反射部材5Aを設け、この反射部材5Aの延在部分には、元の部分と同様な拡散反射面に形成されている。
したがって、このように構成した第3の実施形態の変形例としての照明装置によれば、反射部材は、発光素子から発した光を、より多く捕捉して反射し、照明光として読取範囲に向けて供給できる。すなわち、読取り軸の近い側をそのまま該部材の平面方向に延在した構成の反射部材を設けているので、反射面が拡充され、この拡充した反射面によって、発光素子から発した、より広い角度範囲の光を捕捉できる。このため、この反射部材が反射して、読取範囲に照明光として向かわせる光を、拡散光としながら、増量できることになる。
また、各実施形態では、拡散反射面を形成した反射部材の例として、該反射部材自身で拡散反射面を形成した構成を説明したが、拡散反射面を形成する専用の別部材を用いてもよい。すなわち、たとえば、適宜の反射面形状および反射面積を形成した反射基体部材を設け、この反射基体部材が構成した該反射領域となる表面を覆うように、高拡散・高反射性材料としての適宜の合成樹脂からなるフィルム状部材やシート状部材の構成の拡散反射面形成部材を、貼着などで固定した構成としてもよい。
画像読取装置としては、高画質タイプの汎用スキャナなどのように、高画質を要求している画像読取装置に適用してよく、高画質原稿から上記のようにハレーションを抑制して高画質画像を読取れるので、最適となる。
請求項4に記載の発明によれば、遮光部材を、基板の一部分で構成したので、部品点数を増加させずに済み、低コスト化が図れるとともに、このような遮光部材を設置用に消費するスペースの極小化が図れる。
請求項7に記載の発明によれば、画像読取装置が、原稿面に光を照射し原稿からの反射光を光変換素子で電気信号に変換することで原稿の画像情報を読取る構成なので、光変換素子の特性により適合させて、電気信号に変換した読取画像品質をより一層改善できるなどの作用効果を、少なくとも、得ることができる。すなわち、光電変換素子が、その感度特性などによっては、変換した電気信号によって表わされる読取画像に、ハレーションなどの影響を受けやすい変換素子であっても、上記のようにハレーションなどの異常画像部分の発生を抑制できるので、電気信号化した読取画像の画像としての品質を向上できる。
3 基板 5,5A 反射部材(拡散反射面)
7 遮光部材(発光素子とガラスと間に設置)
8 遮光部材(発光素子に設置)
51 排出トレイ 52 コンタクトガラス
53 第1キャリッジ 54 第2キャリッジ
55 結像レンズ 56 結像素子
100 デジタル複写機(画像形成装置) 200 画像形成装置本体
300 給紙装置 400 原稿読取り装置(画像読取装置)
A 読取り光軸
Claims (8)
- 透明体上に載置された対象物を、該透明体を介して照射する発光素子を備えた照明装置において、
前記発光素子の発光方向は、異常な画像部分の発生要因となる一部の光を、透明体で全面反射させる方向に設定するとともに、
少なくとも、透明体によって全面反射した光を、前記透明体を透過して対象物に向かわせるように、反射する反射部材を設けたことを特徴とする照明装置。 - 透明体上に載置された対象物を、該透明体を介して照射する発光素子を備えた照明装置において、
発光素子から発して透明体を透過する光のうち、異常な画像部分の発生要因となる一部の光を、所定に対象物に到達させない遮光部材を設けるとともに、
少なくとも、透明体によって全面反射した光を、前記透明体を透過して対象物に向かわせるように、反射する反射部材を設けたことを特徴とする照明装置。 - 前記反射部材は、拡散反射面を形成している請求項1または2に記載の照明装置。
- 前記発光素子は、基板の下面に実装され、
前記遮光部材を、発光素子よりも発光方向に所定長さ延在された基板部分で構成している請求項2または3に記載の照明装置。 - 前記遮光部材は、発光素子からの光を、反射部材に向けて反射する反射面を形成している請求項2ないし4のいずれかに記載の照明装置。
- 請求項1ないし5のいずれかに記載の照明装置を、備えたことを特徴とする画像読取装置。
- 光変換素子を設け、前記照明装置が原稿に光を照射し、原稿からの反射光を前記光変換素子で電気信号に変換して、原稿の画像情報を読取るように構成した請求項6に記載の画像読取装置。
- 前記請求項6または7に記載の画像読取装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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