JP2014017662A - 画像読取用照明装置および画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照度むらを低減し、薄型化を安価に達成できる画像読取用照明装置および画像読取装置を提供する。
【解決手段】画像読取用の原稿載置面における長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる発光素子と、発光素子から発する光束を副走査断面において集光し、かつ副走査断面において原稿載置面と成す角度が５度以上で４０度以下となる照明光軸で光束を出射する集光素子と、長尺領域の長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、主走査断面を挟んで発光素子および集光素子と反対側に設けられ、集光素子から出射する光束を長尺領域へ向け反射する反射素子と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像読取用の原稿載置面における長尺領域を照明する画像読取用照明装置、および、それを用いた画像読取装置に関するものである。

一般に、イメージスキャナー、複写機、ファクシミリなどの画像読取装置において、蛍光灯などの管状（線状）光源を用いて原稿面を照明し、線順次方式で画像読取りを行う。管状光源００５としては、冷陰極蛍光管やキセノン管などが主に用いられている。キセノン管は、光量の安定性が良いために業務用機器として多用されているが、コストが比較的高い。そのため、特に、製品単価の安い家庭用機器としては、コストの安い冷陰極管が多用されているが、冷陰極管は光量の安定性が良くないという問題があり、低コストで光量安定性が良い線状照明装置の開発が求められている。

昨今の技術開発の結果、発光ダイオードＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の発光効率が向上し、ＬＥＤを使い線状照明装置とする技術が開発されている。
光源としてＬＥＤのような点光源を用いる場合は、複数の点光源を主走査方向に互いに離間させて配列する構成をとる。このような各点光源から出射された光束を原稿面などの画像読取面に直接照射すると、主走査方向において照度ムラが生じ、読み取った画像に濃度ムラが発生する。そこで、複数の点光源を用いた画像読取装置において、照度ムラの発生を抑制する様々な技術が開発されている。

特許文献１では、光源から被対象物（原稿）との間に光をランダムに拡散する光拡散部を設けることで、照度ムラを解消しようとしている。また、特許文献２では、表面および裏面を実装面とする基板を用い、基板の表面に実装されている複数の発光素子を、基板の裏面に実装されている発光素子間の位置と対向する位置に配置する構成を採る。これにより、複数の点光源であるＬＥＤの配置間隔を光源から原稿面までの光路長に比べて十分に狭くしている。また、特許文献３では、水平方向より上向きとなるように光源からの発光光軸を寝かせ、シリンドリカル曲面を備える反射部材で反射させて原稿面を照明している。

特開２００５−１５６６００号公報 特開２００８−１７７９１８号公報 特開２０１０−１６１５３６号公報

しかしながら、特許文献１の照明装置では、光束をランダムに拡散してしまうために、所定の被照明領域（長尺領域）以外にも拡散してしまうため、光源から出射した光束の光利用効率が良くない。また、特許文献２の照明装置では、表面および裏面を実装面とする基板を用いることで、コスト上昇を招く。更に、本従来例では図８、図９に示すＡが２２ｍｍ、Ｂが１８ｍｍ、Ｈが３０ｍｍであるが、図１０に示す照度ムラを低減するためには、光路長Ａを大きく採る必要があり、光路長Ａをより大きくすると装置高さＨが大型化してしまう。

また、特許文献３の照明装置も同様に、読取り光学系の光軸に対して片側から直接照明する前提で、光源から被照明領域（長尺領域）への光路長Ａを大きくするとき装置高さＨが大型化する構成となる。

画像読取装置は、昨今レーザープリンター等の上部に取り付けられて複合機として盛んに用いられているが、バリアフリーの観点でも薄型化が最優先課題となっている。

本発明の目的は、照度むらを低減し、薄型化を安価に達成できる画像読取用照明装置および画像読取装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像読取用照明装置は、画像読取用の原稿載置面における長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる発光素子と、前記発光素子から発する光束を前記長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第１の断面において集光し、かつ前記第１の断面において前記原稿載置面と成す角度が５度以上で４０度以下となる照明光軸で光束を出射する集光素子と、前記長尺領域の前記長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、前記長尺領域の前記長辺方向を含み前記原稿載置面に直交する第２の断面を挟んで前記発光素子および前記集光素子と反対側に設けられ、前記集光素子から出射する光束を前記長尺領域へ向け反射する反射素子と、を有することを特徴とする。

また、上記画像読取用照明装置を用いた画像読取装置も本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、照度むらを低減し、薄型化を安価に達成できる画像読取用照明装置、および、これを用いた画像読取装置を提供できる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る画像読取用照明装置の概略図、（ｂ）は発光素子から長尺領域までの光路長をＡｍｍ、発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔をＢｍｍ、発光素子の主走査方向において相対照度６０％以上が得られる角度幅をα°の関係を示す説明図である。 第１の実施形態に係る画像読取用照明装置の主走査照度分布を示すグラフである。 第２の実施形態に係る画像読取用照明装置の概略図である。 第２の実施形態に係る画像読取用照明装置の主走査照度分布を示すグラフである。 第３の実施形態に係る画像読取用照明装置の概略図である。 第３の実施形態に係る画像読取用照明装置の主走査照度分布を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る画像読取用照明装置を搭載した画像読取装置の構成概要を示す断面図である。 従来の画像読取用照明装置の概略図である。 従来の画像読取用照明装置の主走査方向の光源配置を示す概略図である。 従来の画像読取用照明装置の主走査照度分布を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して具体的に説明する。

《第１の実施形態》
（画像読取装置）
図７に、本発明の実施形態に係る画像読取用照明装置を搭載した画像読取装置の構成概要を示す断面図を示す。紙面垂直方向（主走査方向）に複数個互いに離間して設けられる発光ダイオードＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）より構成される光源００５から出射された照明光は、原稿載置面である原稿台ガラス００１上に置かれた原稿を照明する。

すると、画像読取用の原稿載置面における長尺領域（長手方向が光源００５の配置方向と同方向）で反射した画像情報を有した光束は、複数の反射ミラー００６を介して結像レンズ００７により結像される。即ち、紙面垂直方向（主走査方向）に配列された一次元光電変換素子（例えばＣＭＯＳアレイ）００８上に長尺領域が結像される。そして、キャリッジ００１は、駆動装置００９により、図に示す副走査方向に移動しながら、原稿の２次元画像を線順次読取方式で読み取っていく。

（画像読取用照明装置）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る画像読取用照明装置の概略図を示す。また、図１（ｂ）は発光素子の主走査方向における間隔と角度特性を示す。即ち、発光素子から長尺領域までの光路長をＡｍｍ、発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔をＢｍｍ、発光素子の主走査方向において相対照度６０％以上が得られる角度幅をα°の関係を示す。また、図２は本実施形態に係る画像読取用照明装置の主走査照度分布を示すグラフを示す。

図１（ａ）において、基板１０１上に実装された複数のＬＥＤチップ１０２（サイドビュー型ＬＥＤ）は端面方向に発光するものであり、基板１０１とＬＥＤチップ１０２の位置関係は図６に詳説している従来構成と同じである。ＬＥＤチップ１０２から発した光は、すぐに配光特性変換素子としての集光素子１０３に入射する。集光素子１０３は、ＬＥＤチップ１０２に対向する入射面が平面で、出射面は副走査断面（図１（ａ）の紙面内）にのみ曲率を有するシリンドリカルレンズ面である。

集光素子１０３は、複数のＬＥＤチップ１０２と平面部で密接して主走査方向（紙面垂直方向）に長く、これによって、ＬＥＤチップ１０２から発した光は全て集光素子１０３の内部へ取り込まれる。そして、シリンドリカルレンズである集光素子１０３により、副走査方向に集光した光束は、照明光軸０１１に沿って進み、読取光軸０１０と交差する。
照明光軸は、原稿面００２に対して上向きに１５°の角度で設定され、かつ副走査断面（図１（ａ）の紙面内）で集光しているため、スリット００３に向う光は皆無である。

このような工夫が無ければ、たとえば、シリンドリカルレンズである集光素子１０３の替わりに副走査方向で集光力がない直方体が設けられる場合、出射面から下向きに発する光線が存在し、スリット００３に入る。そして、スリット００３に入った光線は、読取光軸０１０に沿う読取光束との分離が困難となり、読取画像上にフレアとなって現れてしまう。

このように、集光素子１０３を介して、読取光軸０１０を挟んで対抗する反射素子１０４に入射した光束は、反射素子１０４で反射した後、読取光軸０１０と原稿面００２の交点を中心とした読取領域（長尺領域）に到達し読取領域（長尺領域）を照明する。反射素子１０４は折り曲げミラーとなっており、夫々の反射面に異なる角度で入射する光源からの入射光を同一の読取領域（長尺領域）へ反射するようにしている。

ここで、照度むらに関連して、図１（ｂ）に発光素子の主走査方向における間隔と角度特性を示す。即ち、発光素子から長尺領域までの光路長をＡｍｍ、発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔をＢｍｍ、発光素子の主走査方向において相対照度６０％以上が得られる角度幅をα°の関係を示す。最大間隔で隣接する発光素子からの光が、長尺領域で接する条件は、以下の式を満足する。

Ｂ／（２Ａ）＝ｔａｎ（α／２）
これより、最大間隔で隣接する発光素子からの光が、長尺領域で重なる条件は、以下の式を満足することになる。

Ｂ／（２Ａ）≦ｔａｎ（α／２） ・・・（１）
また、本実施形態では、以下の条件式を満足することが好ましい。

２０≦Ａ≦５０ ・・・（２）
ここで、式１の下限値を満たしていれば、各素子の配置自由度を高く維持でき、上限値を満たしていれば装置の大型化を防ぐことができる。また、式２の下限値を満たしていれば、発光素子を十分な間隔をあけて配置でき、上限値を満たしていれば、高画質化に係る性能を高く維持できる。

そして、より好ましくは以下の式を満足するようにする。

Ｂ／（４Ａ）≦０．９ｔａｎ（α／２） ・・・（３）
２５≦Ａ≦５０ ・・・（４）
本実施形態において、Ａ１＋Ａ２で表される光源から読取領域（長尺領域）への光路長Ａは２８ｍｍ、光源の主走査方向の最大間隔Ｂは１８ｍｍである。なお、ＬＥＤは日亜化学工業株式会社製ＮＳＳＷ１０８Ｔである。本実施形態では、図２のようにリップルの少ない主走査照度分布の特性を得ることができる。さらに、照明装置の高さＨは２３ｍｍと従来よりも大幅な薄型化が達成される。

《第２の実施形態》
図３、図４で説明する本実施形態は、第１の実施形態に対して、拡散素子１０５を追加している。本実施形態の拡散素子１０５は、主走査断面（長尺領域の長辺方向を含み原稿載置面に直交する第２の断面）で、副走査断面での拡散度に対して大きい拡散度となる拡散特性を有するフイルム状の素子で、Ｌｕｍｉｎｔ社製のＬＳＤ４０ｘ０．２ＰＣ１０である。同素子の副走査断面（長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第１の断面）での拡散度は極めて軽微なものであり、長尺領域（被照明領域）以外への照明により照明効率が低下する影響は最小限に抑えることができる。

また、ＬＥＤチップ１０２から拡散素子１０５に至る光路長を十分に確保することで、拡散素子１０５の表面は主走査方向に均一に発光する２次光源面となるために、図４で示す長尺領域（被照明領域）における照度分布も良好となる。

ここで、照度むらに関連して、発光素子から拡散素子までの光路長をＣｍｍ、発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔をＢｍｍ、発光素子の主走査方向において相対照度８０％以上が得られる角度幅をβ°の関係を示す。最大間隔で隣接する発光素子からの光が、拡散素子で接する条件は、以下の式を満足する。

Ｂ／（２Ｃ）＝ｔａｎ（β／２）
これより、最大間隔で隣接する発光素子からの光が、拡散素子で重なる条件は、以下の式を満足することになる。

Ｂ／（２Ｃ）≦ｔａｎ（β／２） ・・・（５）
また、本実施形態では、以下の条件式を満足することが好ましい。

５≦Ａ−Ｃ≦１５ ・・・（６）
式５の範囲を満たすことで、高画質化が高く維持され、式６の上限値を満たすことで小型化が可能となる。式６の下限値を下回ると、原稿台ガラスと前記拡散素子の間隔が狭くなり、接触防止機構を設けるなどの部品点数増を招き好ましくない。

そして、より好ましくは、以下の範囲を満たすと良い。

Ｂ／（４Ｃ）≦ｔａｎ０．９（β／２） ・・・（７）
６≦Ａ−Ｃ≦１２ ・・・（８）
本実施形態では、Ａ１＋Ｃ１で表されるＣは２０ｍｍ、Ａ１＋Ａ２で表されるＡは２５ｍｍ、Ｂは１８ｍｍである。また、照明装置の高さＨも２５ｍｍと従来よりも薄くできている。なお、ＬＥＤは日亜化学工業株式会社製ＮＳＳＷ１０８Ｔである。

そして、ＬＥＤチップ上での照明光軸は、原稿面００２に対して上向きに１５°の角度である。本条件を用いて、図４のようにリップルの少ない主走査照度分布の特性を得ることができる。

《第３の実施形態》
図５、図６で説明する本実施形態は、第２の実施形態で詳説した構成の画像読取用照明装置を読取光軸を挟んで左右対称に第１セット、第２セットの２セットを配置するものである。第１セットとしては、図５の左側に設けられる第１の発光素子としての光源１０２と、第１の集光素子１０３、第１の反射素子１０４を備える。第１の発光素子としての光源１０２から発する光束を長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第１の断面（紙面と平行）において集光する。かつ、第１の集光素子１０３は第１の断面において原稿載置面と成す角度が５度以上で４０度以下となる照明光軸で光束を出射する。

そして、長尺領域の長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、長尺領域の長辺方向を含み原稿載置面に直交する第２の断面（主走査断面）を挟んで第１の発光素子および第１の集光素子と反対側に第１の反射素子１０４が設けられる。第１の反射素子１０４は、第１の集光素子１０５から出射する光束を長尺領域へ向け反射する。

第２セットとしては、図５の右側に設けられ長尺領域を挟んで長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる第２の発光素子としての光源１０３と、第２の集光素子１０３と、を備える。更に、第２の断面を挟んで第２の発光素子および第２の集光素子と反対側に設けられる第２の反射素子と、を備える。

本実施形態では、ＬＥＤチップ上での照明光軸は、原稿面００２に対して上向きに３０°とし、構成部品の干渉と、フレアの発生を防いでいる。また、本実施形態では、Ａ１＋Ｃ１で表されるＣは２０ｍｍ、Ａ１＋Ａ２で表されるＡは２５ｍｍ、光源の最大間隔Ｂは１８ｍｍである。なお、本実施形態におけるＬＥＤは、日亜化学工業株式会社製ＮＳＳＷ１０８Ｔである。

本条件により、本実施形態では、照明装置の高さＨも２８ｍｍと従来よりも薄くできる。また、図６のようにリップルの少ない主走査照度分布の特性を得て、高画質化（照度むらがより少ない）を図ることができる。

以上、各実施形態における実施例と、従来例との、各パラメータおよび条件式をまとめて比較できるようにした表を以下に示す。

（変形例）
上述した実施形態では、集光素子を光入射面が平面、光出射面が副走査断面で曲率を備えるシリンドリカルレンズ面としたが、光入射面と光出射面の少なくとも一面が主走査断面と副走査断面で異なる曲率を有するアナモフィック光学素子としても良い。この場合、主走査断面の曲率は、副走査断面の曲率に比べ緩い（曲率半径が大きい）ものとする。これによって、主走査方向と副走査方向に独立して配光特性を与えることができ、特に主走査方向については原稿面での照度分布ムラ等を改善し、副走査方向には集光性を高めて必要十分な光量を確保することができる。

００２・・原稿、００３・・スリット、０１０・・読取光軸、０１１・・照明光軸、１０２・・ＬＥＤチップ（発光素子）、１０２・・集光素子、１０４・・反射素子、１０５・・拡散素子

Claims (11)

1. 画像読取用の原稿載置面における長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる発光素子と、
   前記発光素子から発する光束を前記長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第１の断面において集光し、かつ前記第１の断面において前記原稿載置面と成す角度が５度以上で４０度以下となる照明光軸で光束を出射する集光素子と、
   前記長尺領域の前記長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、前記長尺領域の前記長辺方向を含み前記原稿載置面に直交する第２の断面を挟んで前記発光素子および前記集光素子と反対側に設けられ、前記集光素子から出射する光束を前記長尺領域へ向け反射する反射素子と、
   を有することを特徴とする画像読取用照明装置。
2. 前記発光素子から前記長尺領域までの光路長がＡｍｍであって、
   前記発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔がＢｍｍであって、
   前記発光素子の前記第２の断面と平行な面において相対照度６０％以上を得られる角度幅がα°であるとき、
   以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像読取用照明装置。
   Ｂ／（２Ａ）≦ｔａｎ（α／２）
   ２０≦Ａ≦５０
3. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の画像読取用照明装置。
   Ｂ／（４Ｃ）≦ｔａｎ０．９（β／２）
   ６≦Ａ−Ｃ≦１２
4. 前記集光素子は、前記第１の断面と前記第２の断面で異なる曲率を有するアナモフィック光学素子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像読取用照明装置。
5. 前記アナモフィック光学素子は、光入射面が平面で、光出射面が前記第２の断面においてのみ曲率を有するシリンドリカルレンズ面であることを特徴とする請求項４に記載の画像読取用照明装置。
6. 前記反射素子による前記長尺領域へ向け反射する光線を拡散させる拡散素子を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像読取用照明装置。
7. 前記拡散素子は、前記第１の断面と前記第２の断面で異なる拡散特性を有し、前記第２の断面における拡散度が前記第１の断面における拡散度に対して大きいことを特徴とする請求項６に記載の画像読取用照明装置。
8. 前記発光素子の隣接する間隔のうち最も大きい間隔がＢｍｍであって、
   前記発光素子から前記拡散素子までの光路長がＣｍｍであって、
   前記発光素子の前記第２の断面と平行な面において相対照度８０％以上を得られる角度幅がβ°であるとき、
   以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項６に記載の画像読取用照明装置。
   Ｂ／（２Ｃ）≦ｔａｎ（β／２）
   ５≦Ａ−Ｃ≦１５
9. 以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項８に記載の画像読取用照明装置。
   Ｂ／（４Ｃ）≦ｔａｎ０．９（β／２）
   ６≦Ａ−Ｃ≦１２
10. 画像読取用の原稿載置面における長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる第１の発光素子と、
    前記第１の発光素子から発する光束を前記長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する第１の断面において集光し、かつ前記第１の断面において前記原稿載置面と成す角度が５度以上で４０度以下となる照明光軸で光束を出射する第１の集光素子と、
    前記長尺領域の前記長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、前記長尺領域の前記長辺方向を含み前記原稿載置面に直交する第２の断面を挟んで前記第１の発光素子および前記第１の集光素子と反対側に設けられ、前記第１の集光素子から出射する光束を前記長尺領域へ向け反射する第１の反射素子と、
    前記長尺領域を挟んで前記長尺領域の長辺方向と同方向に複数個互いに離間して設けられる第２の発光素子と、
    前記第２の発光素子から発する光束を前記長尺領域の短辺方向を含み原稿載置面に直交する前記第１の断面において集光し、かつ前記第１の断面において前記原稿載置面と成す角度が５度以上で４０度以下となる照明光軸で光束を出射する第２の集光素子と、
    前記長尺領域の前記長辺方向における照度むらを低減する光路長を形成するために、前記第２の断面を挟んで前記第２の発光素子および前記第２の集光素子と反対側に設けられ、前記第２の集光素子から出射する光束を前記長尺領域へ向け反射する第２の反射素子と、
    を有することを特徴とする画像読取用照明装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像読取用照明装置を用いた画像読取装置。