JP2012142847A - ライン照明光学系、及び画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照度分布のムラの発生を抑制し、かつ小型化を実現可能なライン照明光学系、及び該ライン照明光学系を備えた画像読取装置を提供する。
【解決手段】 複数のＬＥＤ１２が主走査方向に直線状に配列された基板１１と、ＬＥＤ１２から出射される光を被照射部１９へ導く導光部材１３とからなる照明ユニット１を２つ備え、被照射部１９における一方の照明ユニット１ａからの照射光１７が、他方の照明ユニット１ｂからの照射光１８に対し、ＬＥＤ配列方向に配列ピッチの０．５倍の長さのずれを有するように、少なくとも一方の照明ユニット１のＬＥＤ１２の出射面を、前記ＬＥＤ配列方向に対して一定方向の傾斜角θを有するように配置したライン照明光学系、該ライン照明光学系を備えた画像読取装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ライン照明光学系、及び該ライン照明光学系を備えた画像読取装置に関する。

ライン照明光学系は、例えば、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)等の多数の発光素子を直線状に配設して発光素子アレイを形成した構造となっている。発光素子アレイのライン状の出射光を被照射部位に照射することになり、この被照射部位に配置された原稿などの読取画像をライン状に照明することができる。

このようなライン照明光学系を備えた画像読取装置としては、前記被照射部位で反射された後に読取光軸に沿って進行する読取光を、レンズを介してＣＣＤ(Charge Coupled Device）等の受光素子の画像読取部に結像し、画像をライン状に読み取るものが知られている。

ライン照明光学系では、読取画像を一方向から照明すると、例えば、用紙を部分的に貼付した原稿や、シワのある原稿などを読取る場合には、その凹凸に対応して画像表面に影が発生することになり、読取画像に影が発生して品質が低下することになる。

これに対し、読取画像を二方向から照明することにより、微小な凹凸による影の発生を防止することができるため、ＬＥＤが実装された基板を備えた照明ユニットを２つ、対向に配置して原稿を照明する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。

複数の点光源を主走査方向（読取ライン方向）に直線状に配列する構成をとるライン照明光学系は、各点光源から出射された光を原稿の照射領域に直接照射すると、主走査方向において照度分布のムラである照度リップル（極大極小の急峻な照度分布の変化）が生じ、読み取った画像データに応じて画像を形成した場合に照度リップルが原因となる画像濃度ムラが発生するという問題がある。

この問題に対し、特許文献１及び３では、主走査方向に対向して配置された２つの照明ユニットにおいて、基板に実装されたＬＥＤの配置を、対向する側のそれぞれが互い違いの千鳥状とすることにより照度リップルを低減させることが記載されている。

しかしながら、ＬＥＤの配列ピッチをずらして千鳥配置とすることにより、最端部のＬＥＤの位置が１／２ピッチ分はみ出すことになり、例えば、それぞれの基板が両端へ１／４ずつ広がる配置となってしまう。このため、千鳥配置を採用することで主走査方向に照明装置を拡大することとなり、小型化の要求にこたえられないという問題がある。

よって、本発明の課題は、照度分布のムラの発生を抑制し、かつ小型化を実現可能なライン照明光学系、及び該ライン照明光学系を備えた画像読取装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係るライン照明光学系及び画像読取装置は、以下のとおりである。
〔１〕 複数のＬＥＤが主走査方向に直線状に配列された基板と、前記ＬＥＤから出射される光を被照射部へ導く導光部材とからなる照明ユニットを２つ備え、
前記被照射部における一方の前記照明ユニットからの照射光が、他方の前記照明ユニットからの照射光に対し、ＬＥＤ配列方向に配列ピッチの０．５倍の長さのずれを有するように、少なくとも一方の前記照明ユニットの前記ＬＥＤの光軸と直交する面を、前記ＬＥＤ配列方向に対して一定方向の傾斜角θを有するように配置したことを特徴とするライン照明光学系である。
〔２〕 両方の前記照明ユニットの前記ＬＥＤの出射面を、前記ＬＥＤ配列方向に対して一定方向の傾斜角θを有するように配置したことを特徴とする前記〔１〕に記載のライン照明光学系である。
〔３〕 前記複数のＬＥＤが、不等ピッチで配列されていることを特徴とする前記〔１〕または〔２〕に記載のライン照明光学系である。
〔４〕 前記導光部材が、複数のミラーで構成されることを特徴とする前記〔１〕から〔３〕のいずれかに記載のライン照明光学系である。
〔５〕 前記〔１〕から〔４〕のいずれかに記載のライン照明光学系と、読取光学系とを備え、前記ライン照明光学系により照明された原稿の画像情報を読み取ることを特徴とする画像読取装置である。

本発明の効果として、請求項１の発明によれば、複数のＬＥＤが主走査方向に直線状に配列された基板と、前記ＬＥＤから出射される光を被照射部へ導く導光部材とからなる照明ユニットを２つ備え、前記被照射部における一方の前記照明ユニットからの照射光が、他方の前記照明ユニットからの照射光に対し、ＬＥＤ配列方向に配列ピッチの０．５倍の長さのずれを有するように、少なくとも一方の前記照明ユニットの前記ＬＥＤの光軸と直交する面を、前記ＬＥＤ配列方向に対して一定方向の傾斜角θを有するように配置したライン照明光学系であるため、前記基板上においてＬＥＤの実相位置を主走査方向にずらして配列範囲を拡大させることなく、ＬＥＤからの出射光を配列ピッチの０．５倍の長さずらすことができる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載のライン照明光学系において、両方の前記照明ユニットの前記ＬＥＤの出射面を、前記ＬＥＤ配列方向に対して一定方向の傾斜角θを有するように配置したため、２つの照明ユニットにおいて、同一のＬＥＤ実装基板を利用することができるため、低コスト化も実現することができる。
請求項３の発明によれば、請求項１または２に記載のライン照明光学系において、前記複数のＬＥＤが、不等ピッチで配列されているため、主走査方向の照度分布を所望の分布とすることができ、例えば、画像読取装置における読取レンズ周辺光量の低下を逆補正することができる。
請求項４の発明によれば、請求項１から３のいずれかに記載のライン照明光学系において、前記導光部材が、複数のミラーで構成されるため、高効率の照明を実現することができる。
請求項５の発明によれば、請求項１から４のいずれかに記載のライン照明光学系と、読取光学系とを備え、前記ライン照明光学系により照明された原稿の画像情報を読み取る画像読取装置であるため、照度分布のムラの発生を抑制し、かつ小型化を実現可能な画像読取装置を提供できる。

本発明のライン照明光学系の一例を示す断面の模式図である。 本発明のライン照明光学系の第１の実施態様による光照射を説明する模式図である。 本発明のライン照明光学系の第２の実施態様による光照射を説明する模式図である。 本発明のライン照明光学系の第３の実施態様による光照射を説明する模式図である。 本発明のライン照明光学系の第４の実施態様による光照射を説明する模式図である。 本発明のライン照明光学系の他の例を示す断面の模式図である。 本発明の画像読取装置の一実施態様を示す概念図である。

以下、本発明に係るライン照明光学系、及び画像読取装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

図１は、本発明のライン照明光学系の一実施態様を示す断面の模式図である。
図１に示すように、本発明のライン照明光学系は、複数のＬＥＤ１２（１２ａ及び１２ｂ）が主走査方向に直線状に配列された基板１１（１１ａ及び１１ｂ）と、ＬＥＤ１２から出射される光を被照射部１９へ導く導光部材１３（１３ａ及び１３ｂ）とが保持部材１０（１０ａ及び１０ｂ）で保持されてなる照明ユニット１（１ａ及び１ｂ）を２つ備える。

一方の照明ユニット（例えば１ａ）からの照射光１５が、他方の照明ユニット（例えば１ｂ）からの照射光１６に対し、被照射部１９の照射領域においてＬＥＤ配列方向に配列ピッチの０．５倍の長さのずれを有するように、少なくとも一方の照明ユニット１ａのＬＥＤ１２ａの光軸１５と直交する面を、ＬＥＤ配列方向に対して一定方向の傾斜角θを有するように配置する。すなわち、一方の照明ユニット１ａの被照射領域の照射領域１７と、他方の照明ユニット１ｂの被照射領域の照射領域１８とが、主走査方向に配列ピッチの０．５倍ずれるようにＬＥＤ１２ａを配置する。なお、傾斜角θは、すべて同じ角度であってもよく、ＬＥＤごとに異なっていてもよい。

また、両方の照明ユニット１のＬＥＤ１２の出射面を、ＬＥＤ配列方向に対して一定方向の傾斜角θを有するように配置することもできる。照明ユニット１ａ及び１ｂにおいて、ＬＥＤ１２の傾斜角θを同じ設定とする場合、同一のＬＥＤ実装基板とすることもできる。

さらに、複数のＬＥＤ１２の配列ピッチは、均等なピッチであってもよく、不等ピッチであってもよい。

なお、本発明のライン照明光学系において、ＬＥＤ１２は、基板１１の実装面に対し平行に発光する発光面を有する（発光面が水平方向を向いている）サイドビュー型のＬＥＤ素子として説明する。

〔第１の実施態様〕
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施態様を説明する図であり、図１に示すライン照明光学系中、矢印Ａで示す方向に見た照明ユニット１ａの平面図を（Ａ）、矢印Ｂで示す方向に見た照明ユニット１ｂの平面図を（Ｂ）、矢印Ｃで示す方向に見た被照射部１９の平面図を（Ｃ）にそれぞれ示したものである。

図２（Ａ）に示すように、照明ユニット１ａの基板１１ａに実装された複数のＬＥＤ１２ａのピッチＰ１ａはすべて一定（等ピッチ）であり、ＬＥＤ１２ａの傾斜角θもすべて一定の角度である。
一方、図２（Ｂ）に示すように、照明ユニット１ｂの基板１１ｂに実装された複数のＬＥＤ１２ｂのピッチＰ１ｂもすべて一定（等ピッチ）である。なお、ＬＥＤ１２ｂは傾斜しておらず、θ＝０[°]である。

ＬＥＤ１２ａの実装ピッチＰ１ａを１０ｍｍ、ＬＥＤ１２ａの出射面から被照射面（原稿面）１９までの光学的距離Ｌを２０ｍｍとすると、ＬＥＤ１２ａを傾斜させて実装するのに回転させる角度、すなわちＬＥＤ１２ａの光軸１５と直交する面のＬＥＤ配列方向に対する傾斜角θは、以下の式（１）で計算される。
ｔａｎ^−１（１０／２／２０）＝１４[°] ・・・式（１）
ここで、光学的距離Ｌは物理的な距離ではなく、導光部材１３ａが使用される場合には、以下のように算出される。
ＬＥＤの出射面から導光部材までの距離をＬ１、
導光部材の長さをＬ２、
導光部材の屈折率をｎ、
導光部材出射面から被照射面までの距離をＬ３とすると、
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２／ｎ＋Ｌ３

図２（Ｃ）に示すように、被照射面（原稿面）１９上において、照明ユニット１ａからの照明光１７と照明ユニット１ｂからの照明光１８とは０．５ピッチずれて照射されるため、主走査方向の照度リップルが低減される。

〔第２の実施態様〕
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第２の実施態様を説明する図であり、図１に示すライン照明光学系中、矢印Ａで示す方向に見た照明ユニット１ａの平面図を（Ａ）、矢印Ｂで示す方向に見た照明ユニット１ｂの平面図を（Ｂ）、矢印Ｃで示す方向に見た被照射部１９の平面図を（Ｃ）にそれぞれ示したものである。

図３（Ａ）に示すように、照明ユニット１ａの基板１１ａに実装された複数のＬＥＤ１２ａのピッチＰ２ａはすべて一定（等ピッチ）、ＬＥＤ１２ａの傾斜角θもすべて一定の角度である。一方、図３（Ｂ）に示すように、照明ユニット１ｂの基板１１ｂに実装されたＬＥＤ１２ｂのピッチＰ２ｂもすべて一定（等ピッチ）であり、ＬＥＤ１２ｂの傾斜角θもすべて一定の角度である。

ＬＥＤ１２ａの実装ピッチＰ２ａ及びＬＥＤ１２ｂの実装ピッチＰ２ｂをそれぞれ２０ｍｍ、ＬＥＤ１２ａ及び１２ｂの出射面から被照射面（原稿面）１９までの光学的距離Ｌをそれぞれ２０ｍｍとすると、ＬＥＤ１２ａ及びＬＥＤ１２ｂを傾斜させて実装するのに回転させる角度、すなわちＬＥＤ１２の光軸と直交する面のＬＥＤ配列方向に対する傾斜角θは、以下の式（２）で計算される。
ｔａｎ^−１（１０／４／２０）＝７．１[°] ・・・式（２）
なお、光学的距離Ｌは、以下のように算出される。
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２／ｎ＋Ｌ３
（ただし、ＬＥＤの出射面から導光部材までの距離をＬ１、導光部材の長さをＬ２、導光部材の屈折率をｎ、導光部材出射面から被照射面までの距離をＬ３とする。）

図３（Ｃ）に示すように、被照射面（原稿面）１９上において、照明ユニット１ａからの照明光１７と、照明ユニット１ｂからの照明光１８とは０．５ピッチずれて照射されるため、主走査方向の照度リップルが低減される。

〔第３の実施態様〕
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施態様を説明する図であり、図１に示すライン照明光学系中、矢印Ａで示す方向に見た照明ユニット１ａの平面図を（Ａ）、矢印Ｂで示す方向に見た照明ユニット１ｂの平面図を（Ｂ）、矢印Ｃで示す方向に見た被照射部１９の平面図を（Ｃ）にそれぞれ示したものである。

図４（Ａ）に示すように、照明ユニット１ａの基板１１ａに実装された複数のＬＥＤ１２ａのピッチは不等ピッチであり、ＬＥＤ１２ａの傾斜角θもそれぞれ異なる角度である。一方、図４（Ｂ）に示すように、照明ユニット１ｂの基板１１ｂに実装された複数のＬＥＤ１２ｂのピッチも不等ピッチであるが、傾斜はしておらず、θ＝０[°]である。

ＬＥＤ１２ａ及び１２ｂの不等ピッチは、例えば、本発明のライン照明光学系を画像読取装置（スキャナ）のようなレンズ系でライン照明された対象物（原稿など）を読み取ったときのレンズのｃｏｓ４乗則による周辺光量低下を逆補正するために、周辺部に向かうに従いピッチを小さくするのに利用される。

ここで、図４（Ａ）に示されるＬＥＤ１２ａのうち、Ｃ１で示されるＬＥＤと、該Ｃ１に対応する図４（Ｂ）に示されるＣ２について、それぞれ隣接するＬＥＤとのピッチをＰ３とすると、Ｃ１を傾斜させて実装するのに回転させる角度、すなわちＣ１における光軸１５と直交する面のＬＥＤ配列方向に対する傾斜角θは、ＬＥＤ１２の出射面から被照射面１９までの光学的距離をＬとすると、以下の式（３）で計算される。
ｔａｎ^−１（Ｐ３／２／Ｌ） ・・・式（３）
なお、光学的距離Ｌは、以下のように算出される。
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２／ｎ＋Ｌ３
（ただし、ＬＥＤの出射面から導光部材までの距離をＬ１、導光部材の長さをＬ２、導光部材の屈折率をｎ、導光部材出射面から被照射面までの距離をＬ３とする。）

上記式（３）の条件によれば、被照射面１９上では、Ｃ１からのＬＥＤ光とＣ２からのＬＥＤ光とが、ピッチＰ３の１／２の距離だけ主走査方向にずれて照射される。なお、Ｃ１以外のＬＥＤ１２ａについても、同様に計算することにより、それぞれの傾斜角θを選択することができる。

上述のように傾斜角を選択することにより、図４（Ｃ）に示すように、被照射面（原稿面）１９上において、照明ユニット１ａからの照明光１７と照明ユニット１ｂからの照明光１８とは０．５ピッチずれて照射されるため、主走査方向の照度リップルが低減される。

〔第４の実施態様〕
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、第４の実施態様を説明する図であり、図１に示すライン照明光学系中、矢印Ａで示す方向に見た照明ユニット１ａの平面図を（Ａ）、矢印Ｂで示す方向に見た照明ユニット１ｂの平面図を（Ｂ）、矢印Ｃで示す方向に見た被照射部１９の平面図を（Ｃ）にそれぞれ示したものである。

図５（Ａ）に示すように、照明ユニット１ａの基板１１ａに実装された複数のＬＥＤ１２ａのピッチは不等ピッチであり、ＬＥＤ１２ａの傾斜角θはそれぞれ異なる角度である。また、図５（Ｂ）に示すように、照明ユニット１ｂの基板１１ｂに実装された複数のＬＥＤ１２ｂのピッチも不等ピッチであり、ＬＥＤ１２ｂの傾斜角θもそれぞれ異なる角度である。

ここで、図５（Ａ）に示されるＬＥＤ１２ａのうち、Ｃ３で示されるＬＥＤと、該Ｃ３に対応する図５（Ｂ）に示されるＣ４について、それぞれ隣接するＬＥＤとのピッチをＰ４とすると、Ｃ３及びＣ４を傾斜させて実装するのに回転させる角度、すなわち光軸と直交する面とＬＥＤ配列方向に対する傾斜角θは、ＬＥＤ１２の出射面から被照射面１９までの光学的距離をＬとすると、以下の式（４）で計算される。
ｔａｎ^−１（Ｐ４／４／Ｌ） ・・・式（４）
なお、光学的距離Ｌは、以下のように算出される。
Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２／ｎ＋Ｌ３
（ただし、ＬＥＤの出射面から導光部材までの距離をＬ１、導光部材の長さをＬ２、導光部材の屈折率をｎ、導光部材出射面から被照射面までの距離をＬ３とする。）

上記式（４）の条件によれば、被照射面１９上では、Ｃ３からのＬＥＤ光とＣ４からのＬＥＤ光とが、ピッチＰ４の１／２の距離だけ主走査方向にずれて照射される。なお、Ｃ３及びＣ４以外のＬＥＤ１２についても、同様に計算することにより傾斜角θを選択することができる。

上述のように傾斜角θを選択することにより、図５（Ｃ）に示すように、被照射面（原稿面）１９上において、照明ユニット１ａからの照明光１７と照明ユニット１ｂからの照明光１８とは０．５ピッチずれて照射されるため、主走査方向の照度リップルが低減される。

〔第５の実施態様〕
図６に、本発明のライン照明光学系の他の例を示す断面の模式図である。
図６に示すように、ＬＥＤ１２から出射される光を被照射部１９へ導く導光部材１４が複数のミラーで構成されている。
ミラー１４によりＬＥＤ１２から出射された光を反射するようにすれば、高効率の照明をすることができる。また、光軸の方向を大きく傾けることができるようになる。

〔画像読取装置〕
図６に、本発明の画像読取装置の一例の模式図を示す。
本発明の画像読取装置は、本発明のライン照明光学系５１と、読取光学系とを備え、ライン照明光学系５１により照明された原稿５６の画像情報を読み取る。
具体的には、コンタクトガラス５５の下側に配置された本発明のライン照明光学系５１、折り返しミラー５２、読取レンズ５３、及びラインセンサ（ＣＣＤ）５４を有し、ライン状の照明で照射された原稿５６の反射光を、折り返しミラー５２及び読取レンズ５３を介し、ラインセンサ５４で読み取る。

ＬＥＤの数が少なくても、主走査方向の照度リップルが低減されているため、ＬＥＤの数を必要以上に多くする必要がないため、さらなる小型化やコスト低減に有利である。

以上のように、本発明のライン照明光学系によれば、ＬＥＤ数を増やすことなく、主走査方向の照度リップルの発生を抑えるとともに小型化を実現することができる。本発明のライン照明光学系を搭載する装置としては、上述のような画像読取装置を搭載する複合機（コピー機）のみならず、検査装置の照明光学系、例えば、液晶表示装置（液晶テレビ）のガラス基板（マザーガラス）のごみ検出のためのライン照明などにも適用することができる。

１ 照明ユニット
１０ 保持部材
１１ 基板
１２ ＬＥＤ
１３ 導光部材
１９ 被照射部

特開２００５−２７７７７９号公報 特開２００８−６７２７６号公報 特開２００８−１１８２４６号公報 特開２００８−２１９５１１号公報 特開平９−５０５１０号公報

Claims (5)

1. 複数のＬＥＤが主走査方向に直線状に配列された基板と、前記ＬＥＤから出射される光を被照射部へ導く導光部材とからなる照明ユニットを２つ備え、
   前記被照射部における一方の前記照明ユニットからの照射光が、他方の前記照明ユニットからの照射光に対し、ＬＥＤ配列方向に配列ピッチの０．５倍の長さのずれを有するように、少なくとも一方の前記照明ユニットの前記ＬＥＤの光軸と直交する面を、前記ＬＥＤ配列方向に対して一定方向の傾斜角θを有するように配置したことを特徴とするライン照明光学系。
2. 両方の前記照明ユニットの前記ＬＥＤの出射面を、前記ＬＥＤ配列方向に対して一定方向の傾斜角θを有するように配置したことを特徴とする請求項１に記載のライン照明光学系。
3. 前記複数のＬＥＤが、不等ピッチで配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載のライン照明光学系。
4. 前記導光部材が、複数のミラーで構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のライン照明光学系。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のライン照明光学系と、読取光学系とを備え、前記ライン照明光学系により照明された原稿の画像情報を読み取ることを特徴とする画像読取装置。

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