JP2010136348A - ライン状照明装置、及び、それを用いた画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光源の照射面を基板に対して、略直角に配置することで導光体の高さを低くしてキャリッジを小型化すると共に、基板をキャリッジ上面に対して平行に取り付けることで、角度調整作業を不要とし、作業性の向上、及び、組み立て精度を向上したライン状照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ２_kの照射面２３を基板１の実装面２２に対して略直角に配置し、導光体３の長手方向に沿って設けられた射出面７を凸状に湾曲して形成すると共に、この射出面７に対向して設けられた入光面６に前記ＬＥＤ２_kの照射面２３に略平行に対向する平面Ａを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、複写機、イメージスキャナー、あるいは、ファクシミリ等の画像読取装置で使用されるライン状照明装置に係り、特に原稿の読取面を照射してその反射光を読み取るイメージセンサユニットに用いられるライン状照明装置、及び、それを用いた画像読取装置に関するものである。

従来、複写機、スキャナー、ファクシミリ等に利用される縮小光学系に用いられる画像読取装置には、照明装置としてＬＥＤを用いたライン状照明装置が知られている。
図２１に示すように、特許文献１記載の画像読取装置が提案されている。
即ち、基板１００と、この基板１００上に直線状に配置された複数のＬＥＤ１０１とから成り、発光強度が最も強い方向を基板１００の基板面に対して水平方向にした構成である。

この構成により、ＬＥＤ１０１から発せられた照射光は、図示しない原稿の照射点に向かって斜め上方へ照射される。照射光は原稿によって反射され、この反射光（読取画像）が複数の反射ミラー１０２により光路の向きを変えられ、結像レンズ１０３を介してラインセンサ１０４に導かれ読取を行うものである。

ところで、このライン状照明装置は、ＬＥＤ１０１の照射面が基板１００の実装面に対して平行に配置されているため、原稿の照射点に向かって斜め上方へ照射するには基板１００を斜めに固定するなどしてＬＥＤ１０１の照射面を斜め上方へ向ける必要があった。
このため、キャリッジ１０５内の基板１００取り付けに必要な場所が大きくなり、キャリッジ１０５が大型化する問題があった。

また、原稿の照射点に向かって効率的に照射するためには基板１００の角度調整作業が必要となる等、組み立て作業が複雑であり組み立て治具等が増え工数も増大するという問題があった。

この問題を解決するため、特許文献２記載の画像読取装置が提案されている。
即ち、基板２００上に複数個配置されたＬＥＤ光源２０１と、このＬＥＤ光源２０１に一体に構成された集光レンズ（導光体）２０２により、ＬＥＤ基板２００の法線方向に対して傾斜させた方向に照射する構成である（図２２参照）。

特開２００８−６７２７６号公報 特開２００４−１７０８５８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の構成は、ＬＥＤ光源２０１の照射面が基板２００の実装面に対して平行に配置されているため、ＬＥＤ光源２０１の真上に集光レンズ（導光体）２０２を取り付ける必要があり、基板２００と照射面との距離が大きくなり、キャリッジが大型になる問題があった。

本発明はかかる実情に鑑みなされたものであり、キャリッジを小型化すると共に、作業性の向上、及び、組み立て精度を向上させるライン状照明装置、及び、それを用いた画像読取装置を提供することを目的とする。

請求項１記載のライン状照明装置は、基板と、前記基板上に直線状に配置された原稿を照射するための複数の光源と、前記光源からの光を原稿に照射するために光源に沿って配された導光体と、を備えたライン状照明装置において、前記導光体は、前記導光体の長手方向に沿って設けられた出射面と、前記出射面に対向して設けられた入光面と、前記出射面、及び、前記入光面との間に設けられた複数の反射面と、を備え、前記光源は、前記基板の実装面に対して略直角に照射面を配置し、前記導光体は、前記出射面を凸状に形成すると共に、前記入光面は、前記光源の照射面に沿って略平行に対向する平面を備えることを特徴とする。

請求項２記載のライン状照明装置は、請求項１記載のライン状照明装置において、前記平面の上端を、少なくとも、前記出射面の下端より低くしたことを特徴とする。

請求項３記載の画像読取装置は、基板と、前記基板上に直線状に配置された原稿を照射するための複数の光源と、前記光源からの光を原稿に照射するために光源に沿って配された導光体と、を備えたライン状照明装置を用いた画像読取装置において、前記導光体は、前記導光体の長手方向に沿って設けられた出射面と、前記出射面に対向して設けられた入光面と、前記出射面、及び、前記入光面との間に設けられた複数の反射面と、を備え、前記光源は、前記基板の実装面に対して略直角に照射面を配置し、前記導光体は、前記出射面を凸状に形成すると共に、前記入光面は、前記光源の照射面に沿って略平行に対向する平面を備えることを特徴とする。

請求項４記載の画像読取装置は、請求項３記載の画像読取装置において、前記平面の上端を、少なくとも、前記出射面の下端より低くしたことを特徴とする。

以上のように、光源の照射面を基板に対して略直角に配置することで導光体の高さを低くできるため、キャリッジを小型化することができる。
また、基板をキャリッジ上面に対して平行に取り付けられることにより、角度調整作業が不要となり、作業性の向上、及び、組み立て精度を向上できる。
また、光源の照射面に沿って略平行に対向する平面を備えたことにより、原稿の照射点の照度を向上できると共に、照射光の収束性を向上できることから、副走査方向における均一な照度分布を得ることができる。

図１は、本発明を適用できる複写機の構造を示す図である。 図２は、複写機の読取部の構造を示す図である。 図３は、光源ユニット３５の構造を示す斜視図である。 図４は、光源ユニット３５の構造を示す断面図である。 図５は、基板１の構造を示す上面図である。 図６は、光源ユニット３５の構造を示す拡大図である。 図７は、光源ユニット３５とプラテンガラス３１との位置関係を示す図である。 図８Ａは、本実施形態の導光体３において、ＬＥＤ２_kからの照射光の状態を示す図である。 図８Ｂは、比較の一例としての導光体３において、ＬＥＤ２_kからの照射光の状態を示す図である。 図９Ａは、図８Ａの拡大図である。 図９Ｂは、図８Ｂの拡大図である。 図１０は、ＬＥＤ２_k単体の配光特性を示す図である。 図１１は、導光体３を用いない場合のＬＥＤ２_k単体の配光特性を示す図である。 図１２は、本実施形態の光源ユニット３５の配光特性を示す図である。 図１３は、原稿３４の照射点における、主走査方向の照度分布を示す図である。 図１４は、原稿３４の照射点における、副走査方向の照度分布を示す図である。 図１５は、ＬＥＤ２_kの照射面の上端の位置と平面Ａの高さとの関係を示す、主走査方向の照度分布を示す図である。 図１６は、本実施形態の光源ユニット３５の正面図である。 図１７は、比較の一例としての光源ユニット３５の正面図である。 図１８は、図１６における導光体３と図１７における導光体３との関係を示す、主走査方向の照度分布を示す図である。 図１９は、図１６における、ＬＥＤ２_kからの照射光の状態を示す上面図である。 図２０は、図１７における、ＬＥＤ２_kからの照射光の状態を示す上面図である。 図２１は、特許文献１に記載された画像読取装置を示す図である。 図２２は、特許文献２に記載された画像読取装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、画像読取装置が組み込まれた複写機の例を図面を用いて説明する。
図１は、本発明を適用できる複写機の構造を示す図であり、図２は、複写機の画像読取部の構造を示す図である。図１及び図２において、２１は複写機本体であり、画像読取部３０と画像形成部４０とを備えている。画像読取部３０はいわゆるイメージスキャナーの機能を有するものであり、以下のように構成される。

即ち、プラテンガラス３１と、プラテンカバー３２と、キャリッジ３３とを備える。
プラテンカバー３２はプラテンガラス３１を覆うように設けられており、外光を遮断してプラテンガラス３１上の原稿３４の読取を容易にする。キャリッジ３３は縮小光学系の画像読取装置であり、光源ユニット３５と複数の反射ミラー３６、結像レンズ３７と、ラインセンサ３８とを備える。

この構成により、光源ユニット３５から発せられた照射光は原稿３４の表面に照射される。照射光は原稿３４によって反射され、この反射光（読取画像）が複数の反射ミラー３６により光路の向きを変えられ、結像レンズ３７を介してラインセンサ３８に導かれる。

キャリッジ３３は走査時において副走査方向に移動し、原稿３４を照射しながら原稿３４全面を走査する。結像レンズ３７は複数の反射ミラー３６とラインセンサ３８とを結ぶ光路上に設けられており、原稿３４からの反射光をラインセンサ３８上に結像する。ラインセンサ３８は反射光を例えばレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、およびブルー（Ｂ）の３色の光に分光して受光し、それぞれを光電変換する３ラインカラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の受光素子であり、受光した反射光を信号に変換して画像信号として出力する。

画像形成部４０はいわゆるプリンタの機能を有するものであり、以下のように構成される。

即ち、給紙トレイ４１と、搬送ロール４２と、転写ユニット４３と、中間転写ベルト４４と、定着ユニット４５とを備える。
給紙トレイ４１は所定のサイズのシートを収容し、このシートを画像形成に合わせて供給する。
転写ユニット４３は、前述のラインセンサ３８より出力される画像信号から静電潜像を形成し、トナーを付着させることによってトナー像を形成する。このトナー像は中間転写ベルト４４に転写された後、シート上に転写され、定着ユニット４５によって加圧・加熱されシート上に定着する。

図３は、本発明を適用できる光源ユニット３５の構成を示す図であり、図４は、光源ユニット３５の長手方向（主走査方向）の略中央部における副走査方向の断面図である。
光源ユニット３５は、基板１と、この基板１の実装面２２に直線状に配置された白色光を発する複数のＬＥＤ２_k（ｋは１から１１の自然数）とから構成されている。これらＬＥＤ２_kは図５に示すように走査方向に対して中央部の間隔「ｂ」を粗に、両端部の間隔「ａ」を密に実装されている「ｂ＞ａ」。
尚、図面の記載上、ＬＥＤの数を１１個としてあるが、ＬＥＤの数は特に限定されるものではない。

また、これらＬＥＤ２_kは、基板１の実装面２２に対して照射面２３を略直角に配置されるよう実装されており、基板１の実装面２２に対して照射光を平行に照射できるものである。
基板１の実装面２２は例えば反射材として酸化チタン粉末やアルミニウム粉末等による白シルク印刷で塗装されており、ＬＥＤからの照射光を効率的に反射するものである。
３はアクリル等の透明素材からなる導光体であり、前記ＬＥＤ２_kに沿って覆うように設置されている。４は導光体３に一体に設けられた固定部、５は放熱板であり図示しない放熱シートを介して前記基板１にビス等で固定される。

図６は、光源ユニット３５の長手方向（主走査方向）の略中央部における副走査方向の拡大断面図であり、長手方向（主走査方向）に沿って入光面６と出射面７と第１の反射面８と第２の反射面９に大別できる。尚、長手方向（主走査方向）の両側の端面は夫々反射面１０、１１である。この時、入光面６の近傍に光源である複数のＬＥＤ２_kが配置されている。

出射面７は入光面６に対向する面であり、原稿３４の照射点への照射光の収束性の向上のため凸状に湾曲して形成されており、例えば、表面にローレット加工が施されている。
また、入光面６はＬＥＤ２_kの照射面２３に沿って略平行に対向する平面Ａを備えており、この平面Ａの上端は少なくとも出射面７の下端より「ｃ」だけ低くなっている。
この時、入光面６の形状は、斜め直線状の平面Ｂを備えたものとし、この平面Ｂの下部に前記ＬＥＤ２_kの照射面２３に沿って略平行に対向する平面Ａを有するように一部を欠落させた溝部Ｃを形成したものである。

ここで、平面Ａが形成されておらず直線状の平面Ｂだけの場合、後述するように、平面Ｂを透過した照射光はやや広がりながら直接出射面７から照射されるため、照射光の収束性が低下し原稿３４の照射点の照度が低下してしまう。一方、平面Ａを形成した場合、この平面Ａを透過した照射光の多くは第１の反射面８により全反射され原稿３４の照射点に向かうことになり、直接出射面７から照射される照射光を低減できる。このため、原稿３４の照射点の照度を向上できるものとなり、副走査方向における均一な照度分布を得ることが出来るようになる。上述した効果の詳細な説明は、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂを用いて後述する。尚、本実施形態では「ｃ」＝０．３９ｍｍである。

図７は光源ユニット３５とプラテンガラス３１との位置関係を示す図である。
光源ユニット３５から発せられた照射光はプラテンガラス３１上の原稿３４の表面に照射される。
この時、光源ユニット３５からプラテンガラス３１までの距離をＺ、副走査方向における光源ユニット３５から原稿３４の照射点の中心位置までの距離をＹとすると、照射点に向かう照射光の角度αは

α ＝ atan ( Ｚ ／ Ｙ )

程度となるため、基板１の実装面２２と第１の反射面８との角度βは

β ＝ ( atan ( Ｚ／ Ｙ) ) ／２

程度に設計することが好ましい。
本実施形態では、α＝４８°、β＝２４°であり、第２の反射面９は実装面２２に対して６１°傾いている。
これにより、第１の反射面８、及び、第２の反射面９は、ＬＥＤ２_kからの照射光に対し、臨界角を越える照射光を全反射するものである。

ここで、図８Ａ及び図８Ｂ、図９Ａ及び図９Ｂを用いて上述の効果を説明する。
図８Ａは入光面６にＬＥＤ２_kの照射面２３に沿って略平行に対向する平面Ａを備えた例であり、図８Ｂは比較の一例として入光面６は斜め直線状の（溝部Ｃを形成していない）平面Ｂのみを備えた例である。尚、図９Ａ及び図９Ｂは図８Ａ及び図８Ｂにおける夫々の導光体３の拡大図である。また、図１０はＬＥＤ２_k単体の配光特性を示す図である。

図８Ａにおける本実施形態の導光体３においては、入光面６の近傍に配置された複数のＬＥＤ２_kから発せられた照射光の内、平面Ａを除く入光面６を透過した照射光の一部は、直接光として出射面７に向かって透過され出射面７より出射される。また、他の照射光は第２の反射面９（及び、第１の反射面８）により全反射された後、反射光として出射面７より出射される。出射された照射光は、出射面７の凸状部により原稿３４の照射点に収束されるものである。
この時、ＬＥＤ２_kの照射面２３に沿って略平行に対向する平面Ａを透過した照射光の多くは、第１の反射面８により全反射されることになる。このようにして原稿３４の照射点に照射され、原稿３４の読取対象部分がライン状に照明される。

図８Ｂにおける導光体３においても同様に、入光面６の近傍に配置された複数のＬＥＤ２_kから発せられた照射光の全てが入光面６（平面Ｂ）を透過し、一部は直接光として出射面７に向かって透過され出射面７より出射される。また、他の照射光は反射光として第１の反射面８と第２の反射面９により全反射された後、出射面７より出射される。出射された照射光は、出射面７の凸状部により原稿３４の照射点に収束されるものである。

しかしながら、図８Ｂに示す導光体３において、斜め直線状の平面Ｂを透過することによる導光体３内部において伝播する際の照射光の角度は、図８Ａに示す導光体３における平面Ａを透過する照射光の角度と比較して大きくなる。これにより、第１の反射面８により全反射されることで原稿３４の照射点の照度が低下すると共に、照射光の収束性が悪化する。即ち、ＬＥＤ２_kからの照射光の利用効率の低下、及び、副走査方向における照度分布の悪化を示している。
尚、図中の実線は、ＬＥＤ２_kから発せられた照射光の状態を追跡できるようにするためものであり、実際は光束である。

図１１は導光体３を用いない場合のＬＥＤ２_k単体の配光特性を示す図であり、図１２は本実施形態の光源ユニット３５の配光特性を示す図である。

図１３は本実施形態の光源ユニット３５において、長手方向（主走査方向）の原稿３４の照射点における前述の図１１に示す導光体３無しの状態、及び、図１２に示す導光体３有りの状態の適応の際の照度分布図である。
１２は導光体３無しの状態を示す線を表し、１３は導光体３有りの状態を示す線を表している。図１３によると、本実施形態の導光体３を用いることで、長手方向（主走査方向）全域に渡って２〜３倍の照度を得ることができる。

図１４は本実施形態の光源ユニット３５において、副走査方向の原稿３４の照射点における前述の図１１に示す導光体３無しの状態、及び、図１２に示す導光体３有りの状態の適応の際の照度分布図である。
１４は導光体３無しの状態を示す線を表し、１５は導光体３有りの状態を示す線を表している。図１４によると、本実施形態の導光体３を用いることで、原稿３４の照射点の前後の位置（−１．５ｍｍ〜＋２．０ｍｍ）において、最高照度の９０％の値を保つことができる。このため、副走査方向における均一な照度分布を得ることが出来るようになり、照射点における出力変動幅が小さくでき読取性能を安定できる。結果、画像読取装置の出力画像に発生する濃度変動を低減することができる。

図１５は、本実施形態の光源ユニット３５において、長手方向（主走査方向）の原稿３４の照射点におけるＬＥＤ２_kの照射面２３の上端の位置と平面Ａの高さとの関係を示す照度分布図である。
１６はＬＥＤ２_kの照射面２３の上端の位置と平面Ａの高さとを同じにした場合の照度を示す線を表し、１７は平面Ａの高さを０．１ｍｍ高くした場合、１８は平面Ａの高さを０．１ｍｍ低くした場合の照度を示す線を表している。図１５によると、ＬＥＤ２_kの照射面２３の上端の位置と平面Ａの高さとが同一の場合に最高照度を得ることが出来る。

図１６は導光体３の長手方向（主走査方向）を、基板１上の主走査方向の両端に設けられたＬＥＤ２_k間と同じ長さにした光源ユニット３５の正面図である。
図１７は比較の一例として導光体３の長手方向（主走査方向）を基板１の両端と同じ長さにした光源ユニット３５の正面図である。

図１８は、本実施形態の光源ユニット３５において、長手方向（主走査方向）の原稿３４の照射点おける前述の図１６に示す本実施形態の導光体３、及び、図１７に示す比較の一例としての導光体３適応の際の照度分布図である。
１９は比較の一例としての導光体３適応の際の照度を示す線を表し、２０は本実施形態の導光体３適応の際の照度を示す線を表している。図１８によると、本実施形態の導光体３を用いることで、導光体３端部において、最大１０％増の照度を得ることが出来る。

これは導光体３を図１６に示す長さとすることで、導光体３の両側の反射面１０、１１を両端部に位置するＬＥＤ２_kの照射面２３に近づけることができ、ＬＥＤ２_kからの照射光を導光体３の長手方向（主走査方向）の両側の反射面１０、１１で全反射させる際、反射角度を大きくすることが出来るからである（図１９、及び、図２０参照）。反射角度を大きくすることで、全反射された反射光が導光体３の長手方向の中央側を照射することなく端部側を照射するため、導光体３の端部の照度を向上させることができる（尚、図１８は、導光体３の片側の端部のみを示しているが、導光体３は対称構造のため両側の端部とも同等の効果を得る）。このため、図１８に示すように、導光体３の両端の照度を向上でき、長手方向（主走査方向）における均一な照度分布を得ることが出来るようになる。

尚、図１３、乃至、図１５、及び、図１８は、各ＬＥＤ２_kのピッチ（間隔）は中央部で６．４ｍｍ、端部で４．３ｍｍ、ＬＥＤ光源を６０個使用時のものである。

本発明のライン状照明装置はイメージスキャナー、ファクシミリ、複写機等の画像読取装置として有効な技術である。

１： 基板
２： ＬＥＤ
３： 導光体
６： 入光面
７： 出射面
８： 第１の反射面
２２： 実装面
２３： 照射面
Ａ： 平面

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板上に直線状に配置された原稿を照射するための複数の光源と、
   前記光源からの光を原稿に照射するために光源に沿って配された導光体と、
   を備えたライン状照明装置において、
   前記導光体は、
   前記導光体の長手方向に沿って設けられた出射面と、
   前記出射面に対向して設けられた入光面と、
   前記出射面、及び、前記入光面との間に設けられた複数の反射面と、
   を備え、
   前記光源は、前記基板の実装面に対して略直角に照射面を配置し、
   前記導光体は、前記出射面を凸状に形成すると共に、
   前記入光面は、前記光源の照射面に沿って略平行に対向する平面を備える
   ことを特徴とするライン状照明装置。
2. 前記平面の上端を、少なくとも、前記出射面の下端より低くした
   ことを特徴とする請求項１に記載のライン状照明装置。
3. 基板と、
   前記基板上に直線状に配置された原稿を照射するための複数の光源と、
   前記光源からの光を原稿に照射するために光源に沿って配された導光体と、
   を備えたライン状照明装置を用いた画像読取装置において、
   前記導光体は、
   前記導光体の長手方向に沿って設けられた出射面と、
   前記出射面に対向して設けられた入光面と、
   前記出射面、及び、前記入光面との間に設けられた複数の反射面と、
   を備え、
   前記光源は、前記基板の実装面に対して略直角に照射面を配置し、
   前記導光体は、前記出射面を凸状に形成すると共に、
   前記入光面は、前記光源の照射面に沿って略平行に対向する平面を備える
   ことを特徴とする画像読取装置。
4. 前記平面の上端を、少なくとも、前記出射面の下端より低くした
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像読取装置。

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