JP2008219837A - 照明ユニット、画像読取装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、キセノンランプ等の管灯に替わる新しい照明光源として、消費電力と発熱の少ないLED光源を用いた照明ユニットが注目されるようになっている。
LED光源を用いた照明ユニットとして、例えば、特許文献1の技術では、LEDを一列に並べ、導光体を通して、原稿を照明する照明ユニットについて開示されている。
さらに別の公知技術として、特許文献3では、LEDからの照明光を一度反射ミラーで反射させてから原稿を照射する照明ユニットについて開示されている。
したがって、照明ユニット10は、原稿面に対して、同図に示すように斜めに配置して原稿を照明し、原稿からの反射光のうち、原稿に対して垂直な方向の反射光を第1ミラー3Cで反射して光電変換素子で読み取るのが一般的である。こうすることにより、コンタクトガラス1の裏面からの反射光の影響をなくすことができる。
さらに、下記特許文献5には、複数の発光素子チップの並びに沿った方向の照射ムラが小さいライン光源装置が記載されている。
そこで、本発明の目的は、原稿の一部に原稿台から浮いた部分が存在する場合においても、光源の集光を良好に抑制し、良好な画像を得られる画像読取装置及び画像形成装置を提供することである。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の照明ユニットにおいて、前記光源部は、反射型LEDであることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れかの一項に記載の照明ユニットにおいて、前記反射部は、その反射面が拡散面であることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の何れかの一項に記載の照明ユニットにおいて、前記光源部と前記反射部との間に蛍光体が配置されている。
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5の何れかの一項に記載の照明ユニットにおいて、前記光源ユニットとしてそれぞれ異なる色の光を発するものを複数個配列していることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、原稿台上の原稿の画像を読み取る画像読取装置において、前記原稿台の下方から前記原稿台上の原稿に対して光を照射する請求項1〜6の何れかの一項に記載の照明ユニットと、光電変換素子と、前記原稿での反射光を前記光電変換素子に結像させる結像素子と、を備えていることを特徴とする画像読取装置である。
請求項8に記載の発明は、原稿の画像を読み取る画像読取装置と、前記画像読取装置で読取った画像データに基づいて画像形成を行なう画像形成部と、を備えている画像形成装置において、前記画像読取装置は、請求項7に記載の画像読取装置であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項2に記載の発明によれば、光源ユニットの配列方向を原稿に対して略垂直にすることで、正反射光は結像素子の焦点距離付近に結像させることができ、光電変換素子上では、正反射光は発散し、各画素に入射する光量を低減できるため、白抜けなどのデータの欠落を防ぎ、異常画像として発生することなく、良好な画像読み取りが可能となる。
請求項3に記載の発明によれば、反射型LEDは、キセノンランプ等の管灯のように全周から光を射出せず、一方向に光を発することが可能であることから、管灯よりも光の利用効率が高く、消費電力を軽減させることが可能となる。
請求項4に記載の発明によれば、反射部の面を拡散面とすることにより、反射部からの光線の向きは不規則な方向に照射されるために、キセノンランプ等の管灯とほぼ同等まで、正反射光の影響による不良画像の発生を抑制することが可能である。光源ユニットからの射出光を原稿に対して略垂直に照射することとなり、光の利用効率は低下するが、キセノンランプ等の管灯に比べれば、高光利用効率、低消費電力を実現することは可能である。
請求項5に記載の発明によれば、フルカラーの画像情報を得るために必要となる色情報も読み取ることが可能となり、さらに、反射を用いて原稿に対して略垂直に照射させるようにしているため、レンズのように光を屈折させて垂直にさせるのとは異なり、波長の違いによる屈折の違いによる色にじみを発生することなく全面色むらのない照明ユニットを得ることができ、さらに、どの波長の光においても原稿からの特定の角度からの反射光が光電変換素子上で集光せず、良好に画像を読み取ることが可能となる。
請求項6に記載の発明によれば、複数色の光源ユニットを用いることにより、光電変換素子の赤(R)、緑(G)、青(B)の各フィルタに対応した色の光源を用いることで、光利用効率を上げて、フルカラーの画像情報を読み取ることも可能である。一般的にLEDは、波長帯域が狭いため、光源ユニットとしては3色に限らず、別の色を増やして、原稿情報の色情報の再現性を高めることも可能である。
図1は、本実施の形態の画像読取装置の説明図である。図1において、画像読取装置100は、読取られるべき画像を有する原稿2が原稿台としてのコンタクトガラス1上に平面的に載置され、コンタクトガラス1の下部には照明手段を配置し、この照明手段としては後述する照明ユニット10を用い、原稿2を斜め下方から照明する。
原稿2の照明された部分からの反射光(画像による反射光)は、第1走行体3に設けられた第1ミラー3Cにより反射された後、第2走行体4に設けられた第2ミラー4A、第3ミラー4Bにより順次反射され、画像読取レンズ5を透過し、光電変換素子としてのラインセンサ6の撮像面上に原稿画像の縮小像として結像する。これらの第1、第2、第3ミラー3C、4A、4Bは反射光学系を構成する。
照明ユニット10は、第1走行体3と一体的に移動し、コンタクトガラス1上の原稿2の全体を照明走査する。
第1、第2走行体の移動速度比は“V:V/2”であるので、照明走査される原稿部分から画像読取レンズに至る光路長は不変に保たれる。
光電変換素子であるラインセンサ6は、色分解手段として赤(R)、緑(G)、青(B)のフィルタを持った光電変換素子(3A、3B、3C)を、1チップに3列に配列させた3ラインCCD(3ラインのラインセンサ)であり、原稿2の照明走査に伴い、原稿画像を画像信号化する。このようにして原稿2の読取りが実行され、原稿2のカラー画像は、赤、緑、青の3原色に色分解して読取られる。
また、この画像読取装置100は、画像をフルカラーで読み取る装置であって、画像読取レンズ5の結像光路中に設けられた色分解手段(前記3ラインCCDに設けられた赤、緑、青のフィルタ)を有する。
色分解は、上記とは別に、画像読取レンズとラインセンサ(CCD)との間に色分解プリズムやフィルタを選択的に挿入し、R(赤)、G(緑)、B(青)に色分解する方法やR、G、Bの光源を順次点灯させ原稿を照明する方法を用いることができる。
この画像形成装置は複写機である。この画像形成装置は、装置上部に位置する画像読取装置100と、その下位に位置する画像形成部200とを備えている。画像読取装置100の部分は、図1を参照して説明したとおりの構成である。
画像読取装置100の3ラインのラインセンサ(撮像手段)6から出力される画像信号は画像処理部1200に送られ、画像処理部1200において処理されて光書込み用の信号(イエロー・マゼンタ・シアン・ブラックの各色を書込むための信号)に変換される。
画像形成部200は、潜像担持体として円筒状に形成された光導電性の感光体1100を有し、その周囲に、帯電手段としての帯電ローラ1110、リボルバ式の現像装置1130、転写ベルト1140、クリーニング装置1150が配設されている。帯電手段としては帯電ローラ1110に代えてコロナチャージャを用いることもできる。
信号処理部1200から書込み用の信号を受けて光走査により感光体1100に書込みを行う光走査装置1170は、帯電ローラ1110と現像装置1130との間において感光体1100の光走査を行う。
符号1160は定着装置、符号1180はカセット、符号1190はレジストローラ対、符号1220は給紙コロ、符号1210はトレイ、符号Sは記録媒体としての転写紙を示している。
画像の書込みは、感光体1100の回転に従い、イエロー画像、マゼンタ画像、シアン画像、黒画像の順に行われ、形成された静電潜像はリボルバ式の現像装置1130の各現像ユニットY(イエロートナーによる現像を行う)、M(マゼンタトナーによる現像を行う)、C(シアントナーによる現像を行う)、K(黒トナーによる現像を行う)により順次反転現像されてポジ画像として可視化され、得られた各色トナー画像は、転写ベルト1140上に、転写電圧印加ローラ114Aにより順次転写され、上記各色トナー画像が転写ベルト1140上で重ね合わせられてカラー画像となる。
転写紙Sを収納したカセット1180は、画像形成装置本体に脱着可能であり、装着された状態においては、収納された転写紙Sの最上位の1枚が給紙コロ1220により給紙され、給紙された転写紙Sはその先端部をレジストローラ対1190に捕えられる。
レジストローラ対1190は、転写ベルト1140上のトナーによるカラー画像が転写位置へ移動するのにタイミングを合わせて転写紙Sを転写部へ送り込む。送り込まれた転写紙Sは、転写部においてカラー画像と重ね合わせられ、転写ローラ114Bの作用によりカラー画像を静電転写される。転写ローラ114Bは、転写時に転写紙Sをカラー画像に押圧させる。
カラー画像を転写された転写紙Sは定着装置1160へ送られ、定着装置1160においてカラー画像を定着され、図示されないガイド手段による搬送路を通り、図示されない排紙ローラ対によりトレイ1210上に排出される。各色トナー画像が転写されるたびに、感光体1100の表面はクリーニング装置1150によりクリーニングされ、残留トナーや紙粉等が除去される。
なお、画像形成部200の構成は、周知の単色画像形成用の構成(Kの1色など)としてもよい。
図3(a)は、LED発光素子11からの光を反射部12で反射して原稿面側に光を照射する反射型のLEDである光源ユニット13を、単一の基板14上に一列に並べた照明ユニット10の説明図である。
この照明ユニット10は、略放物面で構成された反射部12の焦点位置にLED発光素子11を配置することにより、放物面の焦点から射出する光を原稿面方向と平行、つまり原稿面に垂直に射出させることが可能であるため、僅かながらでも面積をもつLED発光素子11から略ランバート分布で発散している光についても、原稿面に対して略垂直に照射させることが可能となり、LED発光素子11が発光した光を照明光として有効に利用することができる。
ここで、縮小光学系を用いた画像読取装置においては、図7を参照して前述した正反射光成分の光の影響を軽減させるためには、光電変換素子上に集光させないことが必要である。
図4に示すラインセンサ6は、複数のCCD画素15が基板16上に配列されて構成されている。
収束光線20、21は、図7を参照して説明した原稿としての本bからの正反射光が、図示していない結像素子で集光されている状態を表すものである。この収束光線がCCD画素15上で集光してしまう場合、その画素に入射する光量が大きくなりすぎて、読み取った画像が白抜けしてしまう状態になる。収束光線20、21がCCD画素15上で集光してしまう状態とは、光源が原稿面の極近傍にあるときに、結像素子により、CCD画素上15と共役関係となってしまう状態のことである。そこで、光源が原稿面の近傍よりも遠くの位置から照射することにより収束光線の結像位置は、結像素子の焦点位置の方(図4の左側)に持っていくことができる。
すなわち、光源を無限遠にする、つまり原稿に照射する光線を平行光にすることができれば、図中の収束光線20、21は、結像素子の焦点位置で集光し、ラインセンサ6上、CCD画素15上では発散し、大きくボケて、CCD画素15の各画素に入射する光量を軽減でき、画像が白く抜けるのを防止することが可能となる。
図4のΔLBが光源を原稿面から任意の距離だけ遠ざけたときの、ラインセンサ6上から集光位置までの距離を示す。
図4のδは、集光位置がΔLBずれた場合のラインセンサ6上での集光の広がりの幅を示す。
ここで、結像素子の焦点距離をf、FナンバをF、結像光学系の倍率をmと置くと、ΔLBとδの関係は数2で示すことができる。
δと配列方向の画素サイズPとの関係(数5)より、ΔLAは数6に書き表せる。
数6で示したΔLAまで光源位置をずらせば、ラインセンサ6上では画像読み取りにおいて影響のない程度までボケさせることが可能となる。
以下に結像素子のf、F、mと画素サイズPとΔLB、m’、ΔLAの計算結果を表1に示す。
また、使用する倍率にも比例し、倍率が小さくなれば、深度が狭くなるため同様にΔLAも短くて済むことが分かる。
上記計算結果の例より、ΔLAを15mm以上遠くに設定することにより、正反射光の集光を良好に軽減することができる。
なお、ΔLAを長くすることは、照明ユニット10の光源ユニット13の発散角を狭くすることと同義に考えることができる。
図3(b)に光源ユニットの拡大図を示す。図3(b)の光源ユニット13の射出面から任意の角度Aで照射される光は、擬似的な発光位置Oから射出した光と同等と考えることができるため、光源ユニット13の射出面から擬似的な発光位置Oまでの距離ΔLAは、光源ユニット13をその配列方向の射出面の長さDとの関係より、
ΔLAを15mm以上(数8)とすることにより、半値角A[rad]と長さD[mm]の関係は数1で表すことができる。
なお、ここで半値角Aとは、図5に示すように、光源ユニット13から出射される光の強度分布を測定したとき、光の強度が最大値の半分になる方向であり、光軸方向(光源ユニット13の射出面に垂直方向)を基準として測った角度をいう。
例えば、長さDが7mmのときであれば、数1より半値角0.23rad(13°)以下になるように光源ユニット13の反射部12を形成することにより、ラインセンサ6に入射する光量を問題の無い程度まで低減できるということを示している。
図3に示すように、反射部12を拡散面にすれば、光源ユニット10の射出面から不規則な光線が射出されるため、図7を参照して説明したような正反射光自体の光強度を低減させるのに有効である。
また、光源ユニット10の光源部11と反射部12との間に蛍光体を配置するようにすれば、容易に白色光を得ることが可能となり、フルカラーの画像読み取りが可能となる。
さらに、それぞれ異なる色の光を発する単色の光源ユニット10を複数個並べて、複数色の光源ユニット10により原稿面上で合成した白色照明を成立させるようにしてもよく、各色別々に照射して色毎に順次画像の読取を行うことも可能である。
なお、より要求水準の厳しい照明ユニット10に対しては、数1,5〜8の関係式を用いて、照明ユニット10の配列方向の光の広がりを原稿面に対する照射角の垂直度を上げて、正反射光成分の発散を高くし、光量をさらに低減させることも可能である。
本発明は、原稿台となるコンタクトガラス1を用いる画像読取装置にかかわらず、第1、第2走行体3,4を任意の位置で固定し、原稿を送りながら読取る画像読取方式を用いる画像読取装置に適用しても、搬送中の原稿が反り、照明の正反射光が発生しうる場合において、前述と同様の効果が期待できる。
2 原稿
6 ラインセンサ
10 照明ユニット
11 光源部
12 反射部
13 光源ユニット
Claims (8)
- 前記反射部は、前記光源部からの光を前記光源ユニットが配列する方向における光の広がりが原稿に対して略垂直となるように照射することを特徴とする請求項1に記載の照明ユニット。
- 前記光源部は、反射型LEDであることを特徴とする請求項1又は2に記載の照明ユニット。
- 前記反射部は、その反射面が拡散面であることを特徴とする請求項1〜3の何れかの一項に記載の照明ユニット。
- 前記光源部と前記反射部との間に蛍光体が配置されている請求項1〜4の何れかの一項に記載の照明ユニット。
- 前記光源ユニットとしてそれぞれ異なる色の光を発するものを複数個配列していることを特徴とする請求項1〜5の何れかの一項に記載の照明ユニット。
- 原稿台上の原稿の画像を読み取る画像読取装置において、
前記原稿台の下方から前記原稿台上の原稿に対して光を照射する請求項1〜6の何れかの一項に記載の照明ユニットと、
光電変換素子と、
前記原稿での反射光を前記光電変換素子に結像させる結像素子と、
を備えていることを特徴とする画像読取装置。 - 原稿の画像を読み取る画像読取装置と、
前記画像読取装置で読取った画像データに基づいて画像形成を行なう画像形成部と、
を備えている画像形成装置において、
前記画像読取装置は、請求項7に記載の画像読取装置であることを特徴とする画像形成装置。
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JP2001111772A (ja) * | 1999-10-07 | 2001-04-20 | Mitsubishi Electric Corp | ライン光源およびこれを用いたイメージセンサ |
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